視頻配套和程序匯總寫代碼都放在這里-i2c

I2C總線規(guī) 版本1.0- 版本2.0- 版本2.1- 設(shè)計人員的得 廠商的得 數(shù)據(jù)的有效 起始和停止條 字節(jié)格 響 同 仲 用時鐘同步機(jī)制作為握 7位的地址格 7位尋 第一個字節(jié)的位定 廣播呼叫地 起始字 CBUS的兼容 Hs模 高速傳 Hs模式的串行數(shù)據(jù)傳輸格 從F/S模式切換到Hs模式以及返 在混合速度總線系統(tǒng)中的F/S模式傳 在混合速度總線系統(tǒng)中的Hs模式傳 10位尋 頭兩個字節(jié)位的定 廣播呼叫地址和10位尋址的起始字 標(biāo)準(zhǔn)和快速模式器 Hs模式器 標(biāo)準(zhǔn)模式I2C總線器件電阻Rp和RS的最大和最小 快速模式I2C總線器件的斜率控制輸出 快速模式I2C總線器件的開關(guān)上拉電 總線線路的配線方 快速模式I2C總線器件電阻Rp和RS的最大和最小 Hs模式I2C總線器件的電阻Rp和RS的最大和最小 電平轉(zhuǎn)換器的操 版本1.0-刪除了用軟件編程從機(jī)地址的內(nèi)容因為實現(xiàn)這個功能相當(dāng)復(fù)雜刪除了低速模 實際上這個模式是整個I2C總線規(guī)范的子集不需要明確地詳細(xì)說4400kbit/s0~100kbit/sI2C總線系統(tǒng)10位尋址允許1024快速模式器件的斜率控制和輸入濾波改善了EMC性能注意100kbit/sI2C100kbit/s器件都沒有改變版本2.0-I2C100IC50家公司的許I2C總線規(guī)范滿足這些要求而且增加了高速模式Hs模式 它將位速率增加到3.4Mbit/sHs模式的器件可以和I2C總線系統(tǒng)中快速和標(biāo)準(zhǔn)模式器件混合使用位速率從0~3.4Mbit/s2V版本2.1-HsSCLH13.22225Hs6PhilipsI2CPhilipsI2CI2C系統(tǒng)使用元件使系統(tǒng)符合由在消費者電子電訊和工業(yè)電子中看上去不相關(guān)的設(shè)計里經(jīng)常有很多相似的地方例如幾乎每個系統(tǒng)通用電路例如LCD驅(qū)動器I/O口RAMEEPROM或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換面向應(yīng)用的電路譬如收音機(jī)和系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)諧和信號處理電路或者是音頻撥號為了使這些相似之處對系統(tǒng)設(shè)計者和器件廠商都得益而且使硬件效益最大電路最簡單Philips開發(fā)ICInterICI2C總線現(xiàn)在Philips150CMOSI2CICI2CI2C只要求兩條總線線路一條串行數(shù)據(jù)線 一條串行時鐘線 址主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)它是一個真正的多主機(jī)總線如果兩個或主機(jī)同時初始化數(shù)據(jù)傳輸可以通過檢測和仲裁8100kbit/s400kbit/s高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s圖1是兩個I2C總線應(yīng)用的例子I2CIC允許系統(tǒng)設(shè)計快速向前推進(jìn)直接從功能結(jié)構(gòu)圖到原型此外由于它們直接剪貼到I2C總線沒有任何額外的外部接口所以允許簡單地通過從或者向總線剪貼或不剪貼IC來修改或IC不需要設(shè)計總線接口因為I2CI2CCMOSIC還向設(shè)計者在特別吸引的可移植裝置和電池供電系統(tǒng)方SDAM/SCOLOUR 圖1I2C應(yīng)用的兩個例 a高性能的高度集成電 bDECT無I2CIC不只幫助了設(shè)計者它們也使設(shè)備廠商得到很多益處因為I2C總線將互聯(lián)減到最小因此ICPCB的線路也減少結(jié)果使PCB更小和更完全完整的I2C總線協(xié)議不需要地址譯和其他膠合邏I2CICSO小型VSO超小型以及DIL封裝甚至減少了IC的空間要求這些只是一些益處另外兼容I2C總線的IC通過允許簡單地構(gòu)造設(shè)備變量和保持設(shè)計是的簡易升級功能增加了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性這樣整個裝置系列可以圍繞一個基本的模型開發(fā)新設(shè)備的升級或者功能增強(qiáng)的模型即擴(kuò)展的器控制等等可以簡單地通過剪貼相應(yīng)的IC到總線上產(chǎn)生如果需ROMICROMIC要IC8產(chǎn)生一個滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)需要一個串行的總線結(jié)構(gòu)盡管串行總線沒有并行總線的數(shù)據(jù)吞吐能力但它們只要很少的配線和IC連接管腳然而總線不僅僅是互連的線還包含系統(tǒng)通訊的所有格式和過程必須可以和慢速器件通訊系統(tǒng)必須不能基于所連接的器件否則不可能進(jìn)行修改或改進(jìn)應(yīng)當(dāng)設(shè)計一個過程決定哪些器件何時可以控制總線而且如果有不同時鐘速度的器件連接到總線必須定義總線的時鐘源所有這些標(biāo)準(zhǔn)都在I2C總線的規(guī)范中I2C總線支持任何IC生產(chǎn)過程N(yùn)MOSCMOS雙極性 兩線――串行數(shù)據(jù)SDA和串行時鐘SCL線在連接到總線的器件間傳遞信息每個器件都有一個唯一的地址識別無論是微控制器LCD驅(qū)動器器或鍵盤接口 很明顯LCD驅(qū)動器只是一個而器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)除了發(fā)送器和外器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機(jī)或從機(jī)見 主機(jī)是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生允許傳輸?shù)臅r鐘信I2CI2C微控制器讓我們考慮以下數(shù)據(jù)在兩個連接到I2C總線的微控制器之間傳輸?shù)那闆r見圖2這突出了I2C總線的主機(jī)從機(jī)和發(fā)送器的關(guān)系應(yīng)當(dāng)注意的是這些關(guān)系不是持久的只由當(dāng)時數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较驔Q定傳輸數(shù)據(jù)的過程如下A主機(jī)尋址微控制器BA主機(jī)發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到微控制器BA主機(jī)尋址微控制器B微控制器A主 從微控制器B從機(jī)發(fā)送器接收數(shù)甚至在這種情況下主機(jī)微控制器A連接多于一個微控制器到I2C總線的可能性意味著超過一個主機(jī)可以同時嘗試初始化傳輸數(shù)據(jù)為了避免由此產(chǎn)生發(fā)展出一個仲裁過程它依靠線與連接所有I2CI2C總線如果兩個或多個主機(jī)嘗試發(fā)送信息到總線在其他主機(jī)都產(chǎn)生0的情況下首先產(chǎn)生一個1的主SCL線的主機(jī)產(chǎn)生的時鐘的同步結(jié)合關(guān)于仲裁的更詳細(xì)信息請參考第8章MICROMICRO-RAMORMICRO-2I2CI2C信號主機(jī)發(fā)出的總線時鐘信號只有在以下的情況才能被改變慢速的從機(jī)器件控制時鐘線并延長時鐘信號SDASCL都是雙向線路都通過一個電流源或上拉電阻連接到正的電源電壓見圖3當(dāng)總線空閑時這兩條線路都是高電平連接到總線的器件輸出級必須是漏極開路或集電極開路才能執(zhí)行線與的功能I2C100kbit/s400kbit/s3.4Mbit/s連接到總線的接口數(shù)量只由總線電容是400pF的限制決定關(guān)于高速模式主機(jī)器件的信息請參考第13章I2C總線的器件有不同種類的工藝CMOSNMOS雙極性邏輯0低和高的電平不是固定的它由VDD的相關(guān)電平?jīng)Q定見第15章的電氣規(guī)范 SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL線的時鐘信號是低電平時才能改變見圖4SDA(SerialSDA(SerialDataLine)SCL(SerialClock 3I2Cdatadatalineofdata4I2CI2C總線中唯一出現(xiàn)的是被定義為起始S和停止P條件5SCLSDA當(dāng)SCL是高電平時SDA線由低電平向高電平切換表示停止條件總線被認(rèn)為再次處于空閑狀態(tài)總線的空閑狀態(tài)將在第15章詳細(xì)說明如果產(chǎn)生重復(fù)起始Sr 條件而不產(chǎn)生停止條件總線會一直處于忙的狀態(tài)此時的起始條件S和重復(fù)起始Sr條件在功能上是一樣的見圖10 因此在本文檔的剩余部分符號S將作為一個通用的術(shù)語既表示起始條件又表示重復(fù)起始條件除非有特別的Sr這種接口的微控制器在每個時鐘周期至少要采樣SDA線兩次來判別有沒有發(fā)生電平切換

PSPSSTARTcondi

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STOPSDA8一個響應(yīng)位首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最MSB見圖6如果從機(jī)要完成一些其他功能后例如一個內(nèi)部中斷服務(wù)程序才能接收或發(fā)送下一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)可以使時鐘線SCL保持低電平迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放時鐘線SCL后數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)在一些情況下可以用與I2C總線格式不一樣的格式例如兼容CBUS的器件甚至在傳輸一個字節(jié)時用這樣的地址起始的報文可以通過產(chǎn)生停止條件來終止此時不會產(chǎn)生響應(yīng)見10.1.3節(jié)SDA線高 必須將SDA線拉低使它在這個時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的電平見圖 當(dāng)然必須考慮建立和保持時間在第15章詳細(xì)說通常被尋址的在接收到的每個字節(jié)后除了用CBUS地址開頭的報文必須產(chǎn)生一個響應(yīng)10.1.3當(dāng)從機(jī)不能響應(yīng)從機(jī)地址時例如它正在執(zhí)行一些實時函數(shù)不能接收或發(fā)送從機(jī)必須使數(shù)據(jù)線保持高電平主機(jī)然后產(chǎn)生一個停止條件終止傳輸或者產(chǎn)生重復(fù)起始條件開始新的傳輸如果從機(jī)響應(yīng)了從機(jī)地址但是在傳輸了一段時間后不能接收數(shù)據(jù)字節(jié)主機(jī)必須再一次終止傳輸這個情況用從機(jī)在第一個字節(jié)后沒有產(chǎn)生響應(yīng)來表示從機(jī)使數(shù)據(jù)線保持高電平主機(jī)產(chǎn)生一個停如果傳輸中有主機(jī)它必須通過在從機(jī)不產(chǎn)生時鐘的最后一個字節(jié)不產(chǎn)生一個響應(yīng)向從機(jī)發(fā)送器通知數(shù)據(jù)結(jié)束從機(jī)發(fā)送器必須釋放數(shù)據(jù)線允許主機(jī)產(chǎn)生一個停止或重復(fù)起始條件6I2C 7I2C因此需要一個確定的時鐘進(jìn)行逐位仲裁I2CSCL線來執(zhí)行這就是說SCL線的高到低切換會使器件開始數(shù)它SCL線保持這種狀態(tài)直到到達(dá)時鐘的高電平見8SCL線的狀態(tài)因此SCL線被有最長低電平周期的器件保持低電平此時低電平周期短的器件會進(jìn)入高電平的等待狀態(tài)

8當(dāng)所有有關(guān)的器件數(shù)完了它們的低電平周期后時鐘線被釋放并變成高電平之后器件時鐘和SCL線SCL線拉這樣產(chǎn)生的同步SCL時鐘的低電平周期由低電平時鐘周期最長的器件決定而高電平周期由高電平主機(jī)只能在總線空閑的時侯啟動傳輸兩個或多個主機(jī)可能在起始條件的最小持續(xù)時間tHD;STA內(nèi)產(chǎn)生一個起始條件結(jié)果在總線上產(chǎn)生一個規(guī)定的起始條件SCL線是高電平時仲裁在SDA開它的數(shù)據(jù)輸出級因為總線上的電平與它自己的電平不相同1014章如果每個主機(jī)都嘗試尋址相同的器件仲裁會繼續(xù)比較數(shù)據(jù)位如果是主機(jī)發(fā)送器或者比較響應(yīng)位如果是主機(jī)因為I2C總線的地址和數(shù)據(jù)信息由贏得仲裁的主機(jī)決定在仲裁過程中不會丟失信息Hs813章DATA1SDAS圖9顯示了兩個主機(jī)的仲裁過程當(dāng)然可能包含的內(nèi)容由連接到總線的主機(jī)數(shù)量決定此時DATA1SDA線的實際電平有一些差別如果關(guān)斷數(shù)據(jù)輸出這就意味著總DATA1SDAS9由于I2C總線的控制只由地址或主機(jī)碼以及競爭主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)決定沒有主機(jī)總線也沒有任何必須特別注意的是在串行傳輸時當(dāng)重復(fù)起始條件或停止條件發(fā)送到I2C總線的時侯仲裁過程仍在是說仲裁在不能下面情況之間進(jìn)行時鐘同步機(jī)制除了在仲裁過程中使用外還可以用于使能處理字節(jié)級或位級的快速數(shù)據(jù)傳輸在字節(jié)級的快速傳輸中器件可以快速接收數(shù)據(jù)字節(jié)但需要時間保存接收到的字節(jié)或準(zhǔn)備另6SCL線保持低電平迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)直到從機(jī)準(zhǔn)備好下一個要傳輸?shù)淖止?jié)在位級的快速傳輸中器件例如對I2C總線有或沒有限制的微控制器可以通過延長每個時鐘的低電平周期減慢總線時鐘從而任何主機(jī)的速度都可以適配這個器件的內(nèi)部操作速率Hs模式中握手的功能只能在字節(jié)級使用1310所示的格式在起始條件S后發(fā)送了一個從機(jī)地址這個地址共有7W緊接著的第8位是數(shù)據(jù)方向位R/ 0表示發(fā)送寫1表示請求數(shù)據(jù)讀 由主機(jī)產(chǎn)生的停止位P終止但是如果主機(jī)仍希望在總線上通訊它可以產(chǎn)生重復(fù)起始條件Sr和尋址另一個從機(jī)而不是首先產(chǎn)生一個停止條件在這種傳輸中可能有不同的讀寫格式結(jié)合W10主機(jī)發(fā)送器發(fā)送到從 傳輸?shù)姆较虿粫淖円妶DA在第一個字節(jié)后主機(jī)立即讀從機(jī)見圖12 在第一次響應(yīng)時主機(jī)發(fā)送器變成主機(jī)接收器從機(jī) 變成從機(jī)發(fā)送器第一次響應(yīng)仍由從機(jī)產(chǎn)生之前發(fā)送了一個不響應(yīng)信號 AA復(fù)合格式見圖13 傳輸改變方向的時侯起始條件和從機(jī)地址都會被重復(fù)但R/W位取反如果主機(jī)發(fā)送一個重復(fù)起始條件它之前應(yīng)該發(fā)送了一個不響應(yīng)信號A復(fù)合格式可以用于例如控制一個串行器在第一個數(shù)據(jù)字節(jié)期間要寫內(nèi)部器的位置在重復(fù)起始條件和從機(jī)地址后數(shù)據(jù)可被傳輸A或AI2C條件沒有根據(jù)正確的格式放置它們也都期望發(fā)送從機(jī)地址圖11主機(jī)發(fā)送器用7位地址尋址從 1213I2C10.1.11014第一個字節(jié)的頭7位組成了從機(jī)地址見圖14 最低位LSB是第8位它決定了報文的方向第一個字節(jié)的最低位是0表示主機(jī)會寫信息到被選中的從機(jī) 1表示主機(jī)會向從機(jī)讀信息7件會任務(wù)它被主機(jī)尋址至于是從機(jī)還是從機(jī)發(fā)送器都由R/W位決定 14從機(jī)地址由一個固定和一個可編程的部分構(gòu)成由于很可能在一個系統(tǒng)中有幾個同樣的器件從機(jī)地址的可編程部分使最大數(shù)量的這些器件可以連接到I2C總線上器件可編程地址位的數(shù)量由它可使用的管腳決定例如如果器件有43個可編程的地址位那么相同的總線上共可以連接8個相同的器I2C總線協(xié)調(diào)I2C地址的分配進(jìn)一步的信息可以從最后列出的Philips商處獲得保留的兩組8位地址0000XXX和1111XXX的用途見表2從機(jī)地址的11110XX位組合保留給10位尋址見第14章2RW0000000001起始字節(jié)0000XCBUS0000X保留給不同的總線格式0000X0000XXX注CBUSCBUSI2C個地址時兼容I2C總線的器件不能響應(yīng)I2C容I2C總線的器件才能響應(yīng)這個地址I2C數(shù)據(jù)它可以通過不發(fā)出響應(yīng)來忽略這個地址如果器件要求從廣播呼叫地址得到數(shù)據(jù)它會響應(yīng)這個地址并作為從機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)第二個和接下來的字節(jié)會被能處理這些數(shù)據(jù)的每個從機(jī)響應(yīng)廣播呼叫地址的含意通常在第二個字節(jié)說明見圖15B是B是AABXXXXXXXA00000000firstbyte

15B是0時第二個字節(jié)的定義如下 H06有打算響應(yīng)這個廣播呼叫地址的器件將復(fù)位并接受它們地址的可編程部分要采取預(yù)防措施確保器件不會在加上電源電壓后將SDASCL線拉低因為這些低電平會阻塞總線 H04響應(yīng)廣播呼叫地址的器件會在接收這兩個字節(jié)序列時鎖存可編程的部分器件不會復(fù)位H00當(dāng)位B是1時這個兩字節(jié)序列是一個硬件廣播呼叫 即序列由一個硬件主機(jī)器件發(fā)送例如鍵盤掃描器它們不能編程來發(fā)送一個期望的從機(jī)地址由于硬件主機(jī)預(yù)先不知道報文要傳輸給哪個器它只能產(chǎn)生這個硬件廣播呼叫和它自己的地 讓系統(tǒng)識別它見圖第二個字節(jié)中剩下的7位是硬件主機(jī)的地址這個地址被接到總線的智能器件識別例如微控制器并指引硬件主機(jī)的信息如果硬件主機(jī)也可以作為從機(jī)它的從機(jī)地址和主機(jī)地址一樣16硬件主機(jī)在一些系統(tǒng)中可以選擇在系統(tǒng)復(fù)位后在從機(jī)模式中設(shè)置硬件主機(jī)發(fā)送器這樣系統(tǒng)的配置主機(jī)可以告訴硬件主機(jī)發(fā)送器現(xiàn)在處于從機(jī)模式數(shù)據(jù)必須發(fā)送到哪個地址見圖17這個編程過程后硬件主機(jī)仍處于主機(jī)發(fā)送器模式I2C總線有片上硬件I2C總線接口的微控制器可被編程為只由總線的請求中斷當(dāng)器件沒有這種接口時它必須經(jīng)常通過軟件總線很顯然微控制器或查詢總線的次數(shù)越多用于執(zhí)行自己功能的時間越少此時數(shù)據(jù)傳輸前應(yīng)有一個比正常時間長的起始過程18起始條件響應(yīng)時鐘脈沖重復(fù)起始條件17由可以直接轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)到從機(jī)器件的硬件12789S18在要求總線的主機(jī)發(fā)送起始條件S后發(fā)送起始字節(jié) 因此另一個微控制器可以采樣以低采樣速率采樣SDA線直到在啟動字節(jié)檢測到7個0在SDA線檢測到這個低電平后微控制器切換到一個更高的采樣速率尋找用于同步的重復(fù)起始條件Sr接收到重復(fù)起始條件Sr后硬件會復(fù)位從而忽略了起始字在起始字節(jié)后產(chǎn)生一個相關(guān)的響應(yīng)時鐘脈沖這只在遵守總線的字節(jié)處理格式時出現(xiàn)沒有器件允許CBUSCBUS可以連接到標(biāo)準(zhǔn)模式的I2C總線但是必須連接第三條叫DLEN的線而且要省略響應(yīng)位通常I2C8位的字節(jié)序列兼容CBUS的器件有不同的格式在混合的總線結(jié)構(gòu)中I2C總線器件必須不能響應(yīng)CBUS的報文因此保留了一個兼容I2C總線器件不會相應(yīng)的特殊CBUS地址X發(fā)送CBUS地址后DLEN線被激活發(fā)送CBUS格式的報文見圖19在停止條件后所有器件再次準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)CBUSCBUS意如果已知CBUS配置而且不能預(yù)見CBUS兼容器件的擴(kuò)展設(shè)計者允許根據(jù)所用器件的特殊要

圖19CBUS發(fā)送器的數(shù)據(jù)傳輸格I2C80100kbit/s7位尋址這個概念在普及中迅速成長今天它已經(jīng)作為一個標(biāo)準(zhǔn)被全世界接受而且PhilipsSemiconductors和其他供應(yīng)商提供了幾百種不同的兼容IC為了符合更高速度的要求以及制造可使用的從機(jī)地址給數(shù)量不斷增長的新器件標(biāo)準(zhǔn)模式I2C總線規(guī)范不斷升級到今天它提供了以下的擴(kuò)展快速模式位速率高達(dá)高速模式Hs模 位速率高達(dá)101024現(xiàn)在很多應(yīng)用需要傳輸大量的串行數(shù)據(jù)要求的位速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100kbit/s標(biāo)準(zhǔn)模式或者甚至是400kbit/s快速模式半導(dǎo)體技術(shù)持續(xù)改進(jìn)的結(jié)果使I2C總線器件現(xiàn)在可以使用高達(dá)3.4Mbit/sHs由于使用7位尋址策略的大多數(shù)112地址能被立即分配很顯然要求地址結(jié)合來防止為新器件分配從機(jī)地址的問題這個問題可以用新的10位尋址策略解決它允使用的地址成10倍HsI2C7107位地址因為它是最便宜的硬件解決方案而且報文長度最短有710位地址的器件可以在相同的I2CF/SHs7位或10位的地址已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)模式I2C總線規(guī)范協(xié)議格式邏輯電平和SDA以及SCL線的最大電容負(fù)載在快I2CI2CHs模式規(guī)范的最小要求見第13章快速模式器件可以在400kbit/s下接收和發(fā)送最小要求是它們可以和400kbit/s傳輸同步可以延SCL信號的低電平周期來減慢傳輸快速模式器件都向下兼容可以和標(biāo)準(zhǔn)模式器件在0~100kbit/s的I2CI2C總線系統(tǒng)中工作因為它調(diào)整了串行數(shù)據(jù)SDA和串行時鐘SCL信號的時序沒有必要與其他總線系統(tǒng)例如快速模式器件的輸入有抑制毛刺的功能SDA和SCL輸入有 itt觸發(fā)快速模式器件的輸出緩沖器對SDA和SCL信號的下降沿有斜率控制如果快速模式器件的電源電壓被關(guān)斷SDASCLI/O管腳必須懸空不能阻塞總線連接到總線的外部上拉器件必須調(diào)整以適應(yīng)快速模式I2C總線更短的最大允許上升時間對于負(fù)200pF的總線每條總線的上拉器件可以是一個電阻對于負(fù)載在200pF~400pF之間的總線上拉器件可以是一個電流源最大值3mA或者是一個開關(guān)電阻電路見圖43Hs高速模式Hs模式器件對I2C總線的傳輸速度有具大的突破Hs3.4Mbit/s的位速率下傳輸信息而且保持完全向下兼容快速模式或標(biāo)準(zhǔn)模式F/S模式器件也就是說它們可以在一HsF/S模式系統(tǒng)有相同的Hs模式器件是首選的器件它們可以在大量的應(yīng)用中使用但是新器件有沒有快速或Hs模式I2C總線接口由應(yīng)用決定3.4Mbit/sI2CHsSDAHSCLH輸出的開漏極下拉和電流源上拉電路1SCLH信號的上升時間任何時侯在Hs模式只有一個主在多主機(jī)系統(tǒng)的Hs模式中不執(zhí)行仲裁和時鐘同步以加速位處理能力仲裁過程一 面F/SHs1:2Hs模式器件有內(nèi)建的電橋1Hs模式傳輸中Hs模式器件的高速數(shù)據(jù)SDAH和高速串行時鐘SCLHF/SSDASCL線分隔開來減輕了SDAH和SCLH線的電容負(fù)載使上升和下降時間更快HsF/SHsSCLHSDAH輸出有開漏輸出的緩沖器SCLH管腳可選的下拉晶體管可以用于拉長SCLH信號的低電平但只允許在Hs模式傳輸?shù)捻憫?yīng)位后進(jìn)行Hs模式器件的輸出可以抑制毛刺而且SDAHSCLHSitt20HsI2CSDASCL管腳只在速度混合的總線系統(tǒng)中使用在只有Hs模式的系統(tǒng)中不需要連接此時這些管腳有其他功能RSI2CI/OI/O級并將振蕩和干擾RpSDAHSCLH低電平變成高電平對于電容負(fù)載很高>100pF的總線線路為了符合上升時間的要求可以用外部上Rp除非跟著一個響應(yīng)位HsSCLH時鐘脈沖上升時間被激活主機(jī)的內(nèi)部電流源上拉電路MCS縮短 SCLH SDASCL20HsI2CHsI2CHs模式啟起始條件8位的主機(jī)碼AA2122F/SHs8位代碼它不用于從機(jī)尋址或其他目的而且由于每個主機(jī)都有唯一的主機(jī)碼I2C8Hs模式主機(jī)主機(jī)碼00001000應(yīng)保留作測試和診斷用Hs模式主機(jī)器件的主機(jī)碼是軟件可編程的由系統(tǒng)設(shè)計者決定A仲裁和時鐘同步只在獲勝主機(jī)仍然激活傳輸主機(jī)碼和不響應(yīng) 時發(fā)生主機(jī)碼向其他器件表示AAAHsHs模式規(guī)范由于不允許器件響應(yīng)主機(jī)碼主機(jī)碼后面應(yīng)跟著不響應(yīng)位AA在不響應(yīng)位后而且SCLHHs模式并使能在22SCLH信號的電流源上拉電路由于另一個器件通過延長SCLHtHSCLHSCLH拉電路因此加速了SCLH信號最后部分的上升時間Sr7位從機(jī)地址10位從機(jī)地址見第章RW位地址并從選中的從機(jī)接收到一個響應(yīng)位A在重復(fù)起始條件和每個響應(yīng)位A和不響應(yīng)位 后激活的主機(jī)禁能它的電流源上拉電路使能其他器件通過延長SCLH信號的低電平周期延長串行傳輸當(dāng)所有器件釋放而且SCLH信號到達(dá)高電平激活的主機(jī)再次使能它的電流源上拉電路加速SCLH信號上升時間的最后部分A在下一個重復(fù)起始條件SrHs模式它只會在停止條件PF/S模式為了減少主機(jī)碼的額外開銷主機(jī)可能連接由重復(fù)起始條件Sr分隔的大量Hs模式傳輸21Hs A 2to F/S R/W n(8-bit Sr 2to 2to

Hs-22Hs

t

IfPthenthenHs-mode復(fù)位和初始化后Hs模式器件必須處于快速模式實際上是F/S模式因為快速模式向下兼容標(biāo)準(zhǔn)模 每個Hs模式器件可以從快速模式切換到Hs模式以及相反由I2C總線的串行傳輸控制22t1t1tH之間任何器件都可以延長 每個連接的器件必須識別S00001XXXA 序列而且要將內(nèi)部電路從快速模式設(shè)置切換到Hs模式設(shè)置時間t1和tH之間連接的主機(jī)和從機(jī)器件由下面的行為執(zhí)行切換激活獲勝的主在時間tH使能SCLHHs于電路的容差快速模式和Hs模式的要求可能不用切換內(nèi)部電路就能滿足22tFSPt1Hs Hs模式器件完全向下兼容可被連接到一個F/S模式I2C總線系統(tǒng)見圖23 能發(fā)送主機(jī)代碼所有Hs模式主機(jī)器件處于F/S模式而且將它們的電流源禁能用F/S模式速度通訊SDAH和SCLH管腳用于連接F/S模式的總線系統(tǒng)允許Hs主機(jī)器件的SDA和SCL管腳如果存在 SDAHSDAHSDAHSCLHSDA

不使用電橋SDASCL23F/SHs如果系統(tǒng)結(jié)合了Hs模式快速模式和或標(biāo)準(zhǔn)模式器件可以用一個互連的電橋?qū)崿F(xiàn)在不同的器件之間有不同的位速率見圖24和25電橋要求在適當(dāng)?shù)臅r間連接斷開Hs模式部分到從F/S模式部分的連接這個電橋包含電平轉(zhuǎn)換SDASCL5VVDD25VF/S模式器件VDD13V或更小即VDD2VDD1Hs模式器件電橋在Hs模式的主機(jī)器件中完全由SDAHSCLHSDASCL控制這個電橋可以在任何IC中作為自治電路執(zhí)行TR1TR2TR3N通道晶體管TR1TR2有傳輸門的功能TR3是一個開漏極的下拉級如TR1TR2的晶體管漏極和源極之間是高阻態(tài)在后面的情況中晶體管將作為一個電平轉(zhuǎn)換器SDAHSCLH將被上拉到VDD1SDASCL將被上拉到VDD2F/SHsSDAHSCLHSDASCL線Hs模式傳輸中電橋打開將兩個總線部分分隔開來使Hs模式器件之3.4Mbit/s通訊HsF/S模式器件之間的仲裁只在主機(jī)碼00001XXX處執(zhí)行一般由Hs408位代碼00000XXX時才能贏得仲裁此時電橋保持關(guān)閉而且傳輸在F/S模式中進(jìn)行表3給出了這種系統(tǒng)可能的通訊速度 SDAHSDAHSDAHSCLHSDA VSS

不使用電橋SDASCL24HsF/S3Hs+快速+標(biāo)Hs+快Hs+標(biāo)Hs<--Hs<->快--Hs<->標(biāo)------圖24顯示的橋路互連了相應(yīng)的串行總線線路組成一個串行總線系統(tǒng)由于不發(fā)送主機(jī)碼 Hs模式器件之間的通訊都根據(jù)F/S模式I2C總線規(guī)范的協(xié)議格式速度25F/SHs模式傳輸包括起始條件主機(jī)碼和不響應(yīng)位A的時序圖tH是兩個部分的公共點25Hs主機(jī)碼被激活或非激活的主機(jī)電橋見圖24識別出來電橋執(zhí)行以下的動作在t1和tH之間見圖 在晶體管TR3關(guān)斷將SDA線下拉到VSS后晶體管TR1導(dǎo)通以分SDAHSDA當(dāng)SCLH和SCL都是高電平時圖25的 晶體管TR2導(dǎo)通以分隔SCLH和SCL線HstH后用重復(fù)起始條件Sr啟動在Hs模式傳輸中SCL線保持高電平SDA線處于穩(wěn)定狀態(tài)的低電平準(zhǔn)備好傳輸停止條件PA在每個響應(yīng)A或不響應(yīng)位后激活的主機(jī)禁能它的電流源上拉電流這就使其他器件可以SCLHSCLH信號是高電平時再次使能它的電流源上拉電路加速了SCLH信號上升時間的最后部分在不正常的情況下F/S模式器件SCL1μs來關(guān)閉電橋TR1TR2關(guān)斷TR3導(dǎo)通例如從總線中止恢復(fù)AHsF/S模式當(dāng)在SDAH檢測到圖25tFS停止條件PMCS電橋也能識別這個停止條件而且采取了以下的行動TR2tFS后關(guān)斷使SCLHSCLTR3tFS后導(dǎo)通釋放SDARp拉成高電平這就是F/S模式器件的停止條件TR3的導(dǎo)通必須足夠快確保停止條件和下一個最快的啟動條件之間的總線空閑時間是依照快速模式的規(guī)范見表5SDA25的t2TR1關(guān)斷使SDAHSDA互連注意當(dāng)所有線路是高電平時才互連防止總線線路的毛刺TR1TR2必須在快速模式規(guī)范定義的最小總線空閑時間內(nèi)關(guān)斷見表5的tBUF25t1tHtFSSDAHSCLH線而且電橋必須符合SDA和SCL線快速模式規(guī)范相關(guān)的時序要求位尋址如果只使用107位尋址兼容而且可以結(jié)合使用101111XXX作為起始條件S或重復(fù)起始條件Sr7位107位尋址有710位地址的器件可以連接到相同的I2C總線它們都能用于F/S模式和Hs模式系統(tǒng)10位從機(jī)地址是由在起始條件S或重復(fù)起始條件Sr第一個字節(jié)的頭7位是11110XX的組合其中最后兩位XX是10位地址的兩個最MSB第一個字節(jié)的第8位是R/W位決定了報文的方向第一個字節(jié)的最低位是0表示主機(jī)將寫信息到選 1表示主機(jī)將向從機(jī)讀信息如果R/W位是0 則第二個字節(jié)是10位從機(jī)地址剩下的8位如果R/W位是1 在有10位尋址的傳輸中可能有不同的讀寫格式組合可能的數(shù)據(jù)傳輸格式主機(jī)發(fā)送器將10傳輸?shù)姆较虿桓淖?6107位11110XX與自己的地址比較并測試看第8位R/W方向位是否為0此時很可能超過一個器件發(fā)現(xiàn)地址相同并產(chǎn)生一個響應(yīng)A128位XXXXXXXX與自己的地址比較此時只有一個主機(jī)發(fā)現(xiàn)地址相同并產(chǎn)生一個響應(yīng)A2匹配的從機(jī)將保持被主機(jī)尋址直到接收到停止條件P或從機(jī)地址不同的重復(fù)起始條件Sr主機(jī)10位的從機(jī)地址讀從機(jī)傳輸方向在第2個R/W位改變圖27整個過程直到并包括響應(yīng)位A2都與主機(jī)發(fā)送器尋址從機(jī)的相同在重復(fù)起始條件Sr后匹配的從機(jī)成員記得它之前被尋址這個從機(jī)Sr7位是否和起始條件S后的相同并檢查第8位R/W1如果匹配從機(jī)會認(rèn)為它作為發(fā)送器被尋址然后產(chǎn)生響應(yīng)A3從機(jī)發(fā)W到接收到停止條件P或從機(jī)地址不同的另一個重復(fù)起始條件Sr重復(fù)起始條件Sr后所有其他從機(jī)器件也用從機(jī)地址第一個字節(jié)的頭7位11110XX與自己的地址比較并檢查第8位RW但是沒有一個會被尋址因為R/W=110位尋址或11110XX從機(jī)地址7位地址器件不能匹配28組合格式主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到一個從機(jī)然后發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個從機(jī)圖29相同的主機(jī)始終占用107位尋址圖30在每個起始條件S或重復(fù)起始條件Sr后發(fā)送107位的從機(jī)地址圖307位地址的從機(jī)然后發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個10位地址的從機(jī)相同的主機(jī)始終占用著總線例如控制串行器時可以使用組合格式在第一個數(shù)據(jù)字節(jié)時要寫內(nèi)部器位置在重復(fù)起始條件和從機(jī)地址后可以傳輸數(shù)據(jù)AI2C26主機(jī)發(fā)送器用10圖27主 用10位地址尋址從機(jī)發(fā)送28組合格式主機(jī)用102910307位地址一個用10I2C總線的10位尋址過程是起始條件S后的頭兩個字節(jié)通常決定了主機(jī)要尋址哪個從機(jī)例外的情況是廣播呼叫地址 H0010位尋址的從機(jī)器件與7位尋址的從機(jī)器件對廣播呼叫地址的反應(yīng)相同減10.1.1硬件主機(jī)可以在廣播呼叫之后發(fā)送它們的10位地址此時的廣播呼叫地址字節(jié)后面的兩個字節(jié)包含了主機(jī)發(fā)送器的10位地址格式見圖10其中第一個數(shù)據(jù)字節(jié)是主機(jī)地址的8個最低位起始字 H01表示用7位尋址的方法處理10位尋址見F/SI2C總線器件的I/O級I/O4I2C總線的時序特性總線線路電容和噪聲容限見表531I2C總線的時序定義在表5規(guī)定的SCL100kbit/s400kbit/sI2C平周期當(dāng)然在后面的情況中位速率減少4F/SI2CSDASCLI/O-VVDD相關(guān)--0.3V(1)VVVDD相關(guān)0.7V(1)V -V-V3mA000壓開漏或開集電10pF400pF的VLmax輸出下降時-20+0.1Cb00.1VDD~0.9VDDmax----注使用非標(biāo)準(zhǔn)電源電壓不遵從I2CRpVDD電Cb=一條總線線路的電容單位是在表5SDA和SCL線最大tf300ns比輸出級指定的最大tof250ns長允許串連的保護(hù)電阻RSSDA/SCLSDA/SCL總線之間如圖36所示不超過最大的指定時間tfVDDI/OSDASCL5F/SI2CSDASCL總線線路的特性SCL00重復(fù)起始條件的保持時間在這個周期后產(chǎn)生第一個時鐘脈沖--SCL時鐘的低電平周--SCL時鐘的高電平周----I2C總線器件--SDASCL信號的上升-(SDASCL信號的下降-(------限包括遲滯--V限包括遲滯--V注VIHminVLmax電平見表如果器件不延長SCL信號的低電平周期 才會用到tHD;DAT的最大I2CI2CtSU;DAT250nsSCLSCL線釋放之前輸出下一個數(shù)據(jù)位到SDAtrmax+tSU;DAT=1000+250=1250ns根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模式I2C總線規(guī)范Cb=pFHs模式器件混合使用根據(jù)表6允許下降時間31I2CF/SHsI2CI/O電平I/O6列出32HsSHs模式中不存在地址位R/W位響應(yīng)位和數(shù)據(jù)位的時序參數(shù)都相同只有響應(yīng)位后面的第一個SCLH時鐘信號上升沿的值更大因為沒有內(nèi)部電流源只用外部Rp上拉SCLHHs7列出SCLH時鐘信號的最小高電平和低電平周期和最大上升和SCLH200ns100nsHs模式主機(jī)可以滿足外部SCLH3.4Mbit/s下的時序要求因此Hs模式主機(jī)可以用10MHz的基頻或10MHz的倍數(shù)SCLH信號它對SCLH時鐘的最大高電平和低電平周期沒有限制對最低的位速率也沒有限制 SDAHSDASCLH3mA平輸入電壓開漏在VOLSDA和SDAH之間或者SCL和 SDAHSDASCLH3mA平輸入電壓開漏在VOLSDA和SDAH之間或者SCL和之間兩個電流方向3mA時SDASDAHSCL和SCLH之間的傳輸V 00-VV-k6HsI2CSDASCLI/O導(dǎo)通電阻線路都處于VDD0.3VDD0.7VDD之3源使能和下降時trCL輸出上升時間電流源使能和下降時trCL(3)電容負(fù)載是400pFSDAH輸出下必須用輸入濾波器抑制的SDAHSCLH毛刺波脈0--注使用非標(biāo)準(zhǔn)電源電壓不遵從I2CRpVDD電HsSDAHSCLHI/OVDDHsSCLHSDAHI/O級對此沒有強(qiáng)制的要求這意味著Hs模式主機(jī)器件的電源電壓在不影響SDAHSCLH線的情況下不能被關(guān)斷7HsI2CSDAHSCLHSDASCL的總線線路特性Cb最大SCLH00重復(fù)起始條件的建立時間--重復(fù)起始條件的保持時間--SCLH時鐘的低電平--SCLH時鐘的高電平----SCLH信號的上升時重復(fù)起始條件后和響應(yīng)位后的SCLH信號的下降時--SDAHSCLH線的電容--SDAH+SDASCLH+SCL----V--V注VIHminVLmax電平見表帶閥值的輸入電路使SCLH信號的下降沿足夠低以減少保持時間1SrSCLH32HsI2C1.5V3V固定輸入電平的I2C總線器件每個都有它們自己相應(yīng)的電源電壓上拉電阻必須連接到5V10%的電源圖33VDDI2C總線器件必須有一條公共的電源線連接到上拉電阻圖34當(dāng)有固定輸入電平的器件與輸入電平連接到VDD的器件混合使用時后者必須連接到一條公共的510%電源線而且必須連接上拉電阻到SDASCL管腳見圖35新的快速Hs模式器件必須有在46列出的電源電壓相關(guān)的輸入電平36300的串連電阻RSSDASCL線的高電壓毛刺波例如由電視的顯象管擊穿產(chǎn)生RVDD2-4aredevicedependent(e.g.12V)VDD1=5VR33I2CVDD=e.g.3RR R34I2CVDD1=5V10

VDD2,3aredevicedependent(e.g.12V VRR R圖35輸入電平連接到VDD電源VDD1VDD2,3在I2CI2CII2CI2C36防止高電壓毛刺波的串連電阻I2C總線系統(tǒng)電阻RpRS33連接器件的數(shù)量輸入電流+RpVOLmax=0.4V3mA如圖37所示VDDRpmin的函數(shù)低電平要求的0.1VDDRS的最大值如圖38所示RSmax是Rp的函數(shù)總線電容是線路連接和管腳的總電容由于規(guī)定了上升時間Rp的最大值10μA0.2VDD的噪聲容限這個輸入電流限制了Rp的最大值這個限制由VDD決定總的高電平輸入電流如圖40RpmaxRS=max.RS=max.R 43210 VDD37Rp的最小值是電源電壓的函數(shù)其中RSVVDD=2.551510R86420 umvalueRs38RSRpRRS=max.R@VDD=5

39RpI2CvalueRp8105 2.5 totalhighlevelinputcurrent40Rp4142CMOSMiller電容C1和電阻R1控制C1R1的典型值在結(jié)構(gòu)圖中顯示表4tof的大范圍容差表示設(shè)計不是臨界的下降時間只受到內(nèi)部總線負(fù)載Cb和外部上拉電阻Rp輕微的影響但是表5規(guī)定的上升時間tr主要由總線的電容負(fù)載和上拉電阻的值決定VV50kR2CSDAorbus41CMOSVV20kR5CSDAorbus42電源電壓VDDRp的最小值見16.1節(jié)例如3mA時電源電VDD=5V10%VOLmax=0.4VRpmin=5.5-0.40.003=1.7k33所示Rp的這個值200pFtr300ns圖43所示的開關(guān)上拉電路43VDD=5V10%400pF由于它是由總線電平控制因此不需要額外的開關(guān)控制信號在上升/下降沿期間HCT4066的雙向開關(guān)在總線電平0.8V~2.0V之間接通關(guān)斷上拉電阻Rp2Rp1Rp2的組合電阻可以在規(guī)定的最大上升時間tr300ns內(nèi)上拉總線RSI2CRSRp2時這個電阻上允許的最大1/41/4 1.3kR1.7kR100R 100R 400NN5V10SDAorbusFAST-MODEIC2BUS43擾的影響因為上拉器件處于相應(yīng)的高阻狀態(tài)如果PCB板的總線長度或帶狀電纜超過10cm包括VDD和VSS 配線方式必須VSS線那么配線方式必須是SDASCL線的電容負(fù)載一樣如果PCBVSS層和VDD層VDD如果總線線路是雙絞線每條總線都必須圍著VSS繞另法是SCL線圍著VSS繞SDA線圍VDD繞后者必須在兩條雙絞線的末端連接一個電容使VDDVSS如果使用的是的總線線路 連接到VSS 干擾將很小但是的電纜在SDA和SCL線之I2CRpRS16.1373840確定由I2C總線的上升時間tr更快是總線電容的函數(shù)的Rp39顯示的小替代圖3944顯示了快速模式I2CRp最大值是總線電容Cb的函數(shù)RSRS=max.R@VDD=50

HsI2CRpRS670.5μmI/O信號的最大電源電壓和邏輯電平5VI2C總線電盡管這個方法非常簡單但它不僅能不用方向信號就能滿足雙向電平轉(zhuǎn)換的要求1US5,689,196保護(hù)低電壓器件防止高電壓100kbit/s或快速模式高達(dá)400kbit/sI2C總線系統(tǒng)這個轉(zhuǎn)換器并不打算在Hs模式系統(tǒng)中使用因為Hs模式系統(tǒng)可能已經(jīng)有帶電平轉(zhuǎn)換的電橋見13.5節(jié)最簡單的解決方法低電壓的器件必須能5V使它們的生產(chǎn)更昂貴但是通過使向電平轉(zhuǎn)換器可I2C45所示左邊的低電壓部分有上3.3V5V電源電壓兩部分的器件都有與邏輯輸入電平相關(guān)的電源電壓和開漏輸出配置的I/