I2C總線與SPI總線技術

1、總線技術I2C與SPI接口小型智能電子產(chǎn)品設計與制作總線 總線（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束 在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結構來連接各個功能部件的。 總線分類 按照傳輸數(shù)據(jù)的方式劃分，可以分為串行總線和并行總線。串行總線中，二進制數(shù)據(jù)逐位通過1根數(shù)據(jù)線發(fā)送到目的器件；并行總線的數(shù)據(jù)線通常超過2根。常見的串行總線有SPI、I2C、USB及RS232等。 按照時鐘信號是否獨立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數(shù)據(jù)，而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的。SPI、I2C是同步串行總線

2、，RS232采用異步串行總線。 SCSI、ATA、PCI、IEEE1394 總線技術指標 總線的工作頻率：以MHZ為單位，工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。 總線的位寬：總線能同時傳送的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù) 總線的帶寬總線的工作頻率*總線的位寬/8 注意：波特率是指數(shù)據(jù)信號對載波的調制速率，它用單位時間內載波調制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示，其單位是波特（Baud）。波特率與比特率（數(shù)字信號的傳輸速率bit/s）的關系是比特率=波特率X單個調制狀態(tài)對應的二進制位數(shù)。 。異步通信 字符格式：規(guī)定有起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位等(RS232485)數(shù)據(jù)傳送方向概念 單工方式：單工方式：只允許

3、數(shù)據(jù)按照一個固定的方向傳送 半雙工方式：半雙工方式：每次只能有一個站發(fā)送，另一個站接收 全雙工方式：全雙工方式：允許通信雙方同時進行發(fā)送和接收串行與并行總線對比 與并行擴展總線相比，串行擴展總線能夠最大程與并行擴展總線相比，串行擴展總線能夠最大程度發(fā)揮最小系統(tǒng)的資源功能、簡化連接線路，縮度發(fā)揮最小系統(tǒng)的資源功能、簡化連接線路，縮小電路板面積、擴展性好，可簡化系統(tǒng)設計。小電路板面積、擴展性好，可簡化系統(tǒng)設計。 串行總線的缺點是數(shù)據(jù)吞吐容量小，信號傳輸較串行總線的缺點是數(shù)據(jù)吞吐容量小，信號傳輸較慢。但隨著慢。但隨著CPU芯片工作頻率的提高，以及串行芯片工作頻率的提高，以及串行總線的功能增強，這些缺

4、點將逐步淡化。總線的功能增強，這些缺點將逐步淡化。 SPI、I2C、1-Wire、RS232是目前單片機應用系是目前單片機應用系統(tǒng)中最常用的幾個串行總線接口。統(tǒng)中最常用的幾個串行總線接口。I2C總線總線I2C總線總線 I I2 2C C（Inter Integrated CircuitInter Integrated Circuit）常譯為常譯為內部集成電路總線，或集成電路間總線，內部集成電路總線，或集成電路間總線，它它是由是由PhilipsPhilips公司推出的芯片間串行傳輸公司推出的芯片間串行傳輸總線。使用總線。使用2 2線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。1 1根串行數(shù)據(jù)線（根串行數(shù)據(jù)線（

5、SDASDA）1 1根串行時鐘線（根串行時鐘線（SCLSCL）I2C總線的基本特性總線的基本特性1 硬件結構上具有相同的硬件接口界面 R: 4.7K-5.1K -20k(DATASHEET)I2C總線的基本特性總線的基本特性2 在單主系統(tǒng)中，每個在單主系統(tǒng)中，每個I I2 2C C接口芯片具有唯一的器件地址，接口芯片具有唯一的器件地址，各從器件之間各從器件之間互不干擾互不干擾，相互之間不能進行通信。，相互之間不能進行通信。MCUMCU與與I I2 2C C器件之間的通信是通過獨一無二的器件地址來實現(xiàn)的。器件之間的通信是通過獨一無二的器件地址來實現(xiàn)的。 如果兩個或更多主機同時初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以

6、通過如果兩個或更多主機同時初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以通過沖突沖突檢測和仲裁檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。防止數(shù)據(jù)被破壞。 任何器件通過任何器件通過I I2 2C C總線與總線與MCUMCU進行數(shù)據(jù)傳送的方式基本一樣，進行數(shù)據(jù)傳送的方式基本一樣，決定了決定了I I2 2C C總線總線軟件編寫的一致性軟件編寫的一致性。 數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式，快速模式下可達下可達400kbit/s，高速模式下可達，高速模式下可達3.4Mbit/s。I2C總線信息傳送總線信息傳送當當I2C總線沒有進行信息傳送時，數(shù)據(jù)線（總線沒有進行信息傳送時，數(shù)據(jù)線（SDA）

7、和時鐘線（）和時鐘線（SCL）都為高電平都為高電平(上拉）上拉）開始信號：開始信號：SCL為高電平時，為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。結束信號：結束信號：SCL為高電平時，為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送由低電平向高電平跳變，結束傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。開始信號和結束信號之間傳送的是信息，信息的字節(jié)數(shù)沒有限制，但開始信號和結束信號之間傳送的是信息，信息的字節(jié)數(shù)沒有限制，但每個字節(jié)必須為每個字節(jié)必須為8位位，高位在前，低位在后。數(shù)據(jù)線，高位在前，低位在后。數(shù)據(jù)線SDA上每一位信上每一位信息狀態(tài)的改變只能發(fā)生在時鐘線息狀態(tài)的改變只能

8、發(fā)生在時鐘線SCL為低電平的期間，因為為低電平的期間，因為SCL高電高電平的期間平的期間SDA狀態(tài)的改變已經(jīng)被用來表示開始信號和結束信號。每個狀態(tài)的改變已經(jīng)被用來表示開始信號和結束信號。每個字節(jié)后面必須接收一個字節(jié)后面必須接收一個應答信號應答信號（ACK），），ACK是從控制器在接收是從控制器在接收到到8位數(shù)據(jù)后向主控制器發(fā)出的特定的位數(shù)據(jù)后向主控制器發(fā)出的特定的低電平脈沖低電平脈沖，用以表示已收到，用以表示已收到數(shù)據(jù)。主控制器接收到應答信號（數(shù)據(jù)。主控制器接收到應答信號（ACK）后，可根據(jù)實際情況作出是）后，可根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到AC

9、K，則判斷為從控制器出現(xiàn)故障。，則判斷為從控制器出現(xiàn)故障。讀寫操作 主控制器每次傳送的信息的第一個字節(jié)必須是器主控制器每次傳送的信息的第一個字節(jié)必須是器件地址碼，第二個字節(jié)為器件單元地址，用于實件地址碼，第二個字節(jié)為器件單元地址，用于實現(xiàn)選擇所操作的器件的內部單元，從第三個字節(jié)現(xiàn)選擇所操作的器件的內部單元，從第三個字節(jié)開始為傳送的數(shù)據(jù)。其中器件地址碼格式如下：開始為傳送的數(shù)據(jù)。其中器件地址碼格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0器件類型碼片選R/WI2C讀寫操作范例讀寫操作范例/* 電平模擬函數(shù)和基本讀寫函數(shù) void IIC_Start(void); void IIC_Stop(void

10、); void SEND_0(void); void SEND_1(void); bit Check_Acknowledge(void); void Write_Byte(uchar b); bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n)；bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar n,uchar *buffer); uchar Read_Byte(void); */ sbit SCL=P16; sbit SDA=P17; void DELAY(uint t) while(t!=0) t-; void IIC_Start(voi

11、d) /啟動I2C總線的函數(shù)，當SCL為高電平時使SDA產(chǎn)生一個負跳變 SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SDA=0; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); void IIC_Stop(void) /終止I2C總線，當SCL為高電平時使SDA產(chǎn)生一個正跳變 SDA=0; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SDA=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); void SEND_0(void) /發(fā)送發(fā)送0，在，在SCL為低電平時使為低電平時使S

12、DA信號變?yōu)榈托盘栕優(yōu)榈?SCL=0; SDA=0; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0;DELAY(DELAY_TIME); void SEND_1(void) /發(fā)送發(fā)送1，在，在SCL為低電平時使為低電平時使SDA信號變?yōu)楦咝盘栕優(yōu)楦?SCL=0; SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); bit Check_Acknowledge(void) /發(fā)送完一個字節(jié)后檢驗設備的應答信號 SDA=1; SCL=1; DELAY(DELAY_TIME/2); F0=SDA; DELAY(DEL

13、AY_TIME/2); SCL=0; DELAY(DELAY_TIME); if(F0=1) return FALSE; return TRUE; void Write_Byte(uchar b) /向IIC總線寫一個字節(jié) uchar i; for(i=0;i8;i+) if(bi)&0 x80) SEND_1(); else SEND_0(); bit Write_N_Bytes(uchar *buffer,uchar n) /向I2C總線寫n個字節(jié) uchar i; IIC_Start(); for(i=0;in;i+) Write_Byte(bufferi); if(!Check

14、_Acknowledge() IIC_Stop(); return(i=n); IIC_Stop(); return TRUE; uchar Read_Byte(void)reentrant /從從I2C總線讀一個字節(jié)總線讀一個字節(jié) uchar b=0,i; for(i=0;i8;i+) SDA=1; /釋放總線釋放總線 SCL=1; /接受數(shù)據(jù)接受數(shù)據(jù) DELAY(10); F0=SDA; DELAY(10); SCL=0; if(F0=1) b=b1; b=b|0 x01; else b=b1; return b; bit Read_N_Bytes(uchar SlaveAdr,uchar

15、 n,uchar *buffer) /從從I2C總線讀總線讀n個字節(jié)個字節(jié) uchar i; IIC_Start(); Write_Byte(SlaveAdr); /向總線發(fā)送接收器地址向總線發(fā)送接收器地址 if(!Check_Acknowledge() /等待接收器應答信號等待接收器應答信號 return FALSE; for(i=0;i0; i-) /循環(huán)8次 SCLK=0; temp=addr; DIO=(bit)(temp&0 x01); /從低位到高位 addr=1; SCLK=1; /上升沿寫入 （續(xù)） /發(fā)送數(shù)據(jù) for (i=8; i0; i-) SCLK=0; temp=dat; DIO=(bit)(temp&0 x01); dat=1; SCLK=1; /上升沿寫入 RST=0; /數(shù)據(jù)讀取子程序unsigned char Read1302(unsigned char addr) unsigned char i,temp,dat; RST=0; SCLK=0; RST=