硬件測試之IIC簡介

1、IIC總線協(xié)議簡介,CIG DVT5 KouZhi 2016-9-8,目錄(Outline),一、什么是IIC？ 二、IIC總線傳輸協(xié)議 數(shù)據(jù)的有效性 起始和停止條件 數(shù)據(jù)的傳輸 數(shù)據(jù)傳輸格式 7位尋址 F/S模式I2C總線線路的時序特性 三、實際IIC波形量測分析 基本注意事項Highlight 舉例-光耦的IIC波形測試,I2C（InterIntegrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。通

2、過串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時鐘 （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MCU、LCD 驅(qū)動器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。LCD 驅(qū)動器只能作為接收器，而存儲器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。除了發(fā)送器和接收器外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機或從機（見表一）。主機是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生允許傳輸?shù)臅r鐘信號的器件。此時，任何被尋址的器件都被認為是從機。I2C 總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s 在快速模式下可達400kbit/s 在高速模式下可達3.4Mbit/s。,什

3、么是IIC？,表一：I2C 總線術(shù)語的定義,IIC總線傳輸協(xié)議,1.數(shù)據(jù)的有效性： SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定的高或低電平狀態(tài)，只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變。(見下圖),2.起始和停止條件： 當SCL 高電平時，SDA 線從高電平向低電平切換這個情況表示起始條件； 當SCL 是高電平時，SDA 線由低電平向高電平切換表示停止條件。(見下圖) 起始和停止條件一般由主機產(chǎn)生，總線在起始條件后被認為處于忙的狀態(tài)，在停止條件的某段時間后總線被認為再次處于空閑狀態(tài)。,3.數(shù)據(jù)的傳輸： 1發(fā)送到SDA 線上的每個字節(jié)必須為8 位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，每

4、個字節(jié)后必須跟一個響應(yīng)位。首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最高位MSB。 2數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)，在響應(yīng)的時鐘脈沖期間，接收器必須將SDA 線拉低使它在這個時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平(見下圖) 當從機不能響應(yīng)從機地址時,(例如它正在執(zhí)行一些實時函數(shù)不能接收或發(fā)送),從機必須使數(shù)據(jù)線保持高電平，主機然后產(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。,3下圖為IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸過程,4完整的數(shù)據(jù)傳輸遵循下圖10 所示的格式，在起始條件(S) 后發(fā)送了一個從機地址。這個地址共有7 位，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)。數(shù)據(jù)傳輸一般由主機產(chǎn)生的停

5、止位(P) 終止。但是如果主機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，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。,4.數(shù)據(jù)傳輸格式： 1主機-發(fā)送器發(fā)送到從機-接收器，傳輸方向不會改變。 2在第一個字節(jié)后，主機立即讀從機。 3復(fù)合格式-傳輸改變方向的時侯起始條件和從機地址都會被重復(fù)，但(R/ )位取反。,1主機發(fā)送到從機,2在第一個字節(jié)后主機立即讀從機,3復(fù)合格式,5. 7位尋址： I2C 總線的尋址過程是通常在起始條件后的第一個字節(jié)決定了主機選擇哪一個從機。 第一個字節(jié)的頭7 位組成了從機地址(見下圖) 最低位LSB 是第8 位，它決定

6、了報文的方向。0 表示主機會寫信息到被選中的從機，1 表示主機會向從機讀信息。 當發(fā)送了一個地址后系統(tǒng)中的每個器件都在起始條件后將頭7 位與它自己的地址比較，如果一樣器件會任務(wù)它被主機尋址，至于是從機-接收器還是從機-發(fā)送器都由(R/ )位決定。 從機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。例如，如果器件有4 個固定的和3 個可編程的地址位，那么相同的總線上共可以連接8 個相同的器件。,6.F/S模式I2C總線線路的時序特性： 1I2C 總線的時序特性、總線線路電容和噪聲容限見下表；,2I2C總線的時序定義見下圖：,實際IIC波形量測分析,1.基本注意事項

7、Highlight,注意量測波形SCL第一個字節(jié)第8位對應(yīng)SDA的電平高低-(高讀低寫)，并分析該讀寫位是否是你想要的； 波形需在接收端器件末端測試； 板子上可能有不同的地(GND、GNDS、GNDP、GNDE等)，示波器量測時需選對參考地； SDA是雙向信號；SCL是由主機發(fā)送的單向信號，所以在主控芯片端測讀回來的信號一般只care SDA的信號質(zhì)量和時序，SCL只作為參考； 通過串口發(fā)送命令，抓出的波形需嚴格匹配命令中地址位，如果波形的地址和命令中不一致，則視為無效波形。,2.舉例-光耦的IIC波形測試,CPLD,SDA,SCL,光耦1,POE,光耦2,SDA,SCL,SDA,SCL,SDA,SCL,1光耦:光電隔離耦合，單向傳輸。 由于我們PCB板子上POE把I2C信號分開了，所以需要兩個高速光耦，注意要區(qū)分地(在CPLD端為P3V3,參考地為GND;在POE端是P48V,參考地為-48V GNDS)。 2光耦信號傳輸模型如下：,測試點(寫) 示波器接GND,測試點(寫) 示波器接GNDS,測試點(讀) 示波器接GNDS,測試點(讀) 示波器接GND,3.舉