IIC总线协议.ppt

I2C串行总线的组成及串行总线的组成及工作原理工作原理采用串行采用串行总线技技术可以使系可以使系统的硬件的硬件设计大大大大简化、化、系系统的体的体积减小、可靠性提高。同减小、可靠性提高。同时，系，系统的更改的更改和和扩充极充极为容易。容易。常用的串行常用的串行扩展展总线有：有：I2C（Inter IC BUS）总线、单总线（1WIRE BUS）、）、SPI（Serial Peripheral Interface）总线及及 Microwire/PLUS等。等。本本课仅讨论I2C串行串行总线。I2C串行串行总线概述概述I2C总线是总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。低速器件同步功能的高性能串行总线。I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时，另一根是时钟线钟线SCL。I2C总线通通过上拉上拉电阻接正阻接正电源。当源。当总线空空闲时，两，两根根线均均为高高电平。平。连到到总线上的任一器件上的任一器件输出的低出的低电平，平，都将使都将使总线的信号的信号变低，即各器件的低，即各器件的SDA及及SCL都是都是线“与与”关系。关系。一、数据位的有效性一、数据位的有效性规定定 I2C总线进行数据行数据传送送时，时钟信号信号为高高电平期平期间，数据数据线上的数据必上的数据必须保持保持稳定，只有在定，只有在时钟线上的信上的信号号为低低电平期平期间，数据，数据线上的高上的高电平或低平或低电平状平状态才才允允许变化。化。I2C总线的数据传送总线的数据传送二、起始和二、起始和终止信号止信号 SCL线为高电平期间，线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的线由高电平向低电平的变化表示变化表示起始信号起始信号；SCL线为高电平期间，线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的线由低电平向高电平的变化表示变化表示终止信号终止信号。起始和起始和终止信号都是由主机止信号都是由主机发出的，在起始信号出的，在起始信号产生后，生后，总线就就处于被占用的状于被占用的状态；在；在终止信号止信号产生后，生后，总线就就处于空于空闲状状态。连接到连接到I2C总线上的器件，若具有总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。则很容易检测到起始和终止信号。接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将刻接收下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放接收下一个字节时，再释放SCL线使之为高电平，从而线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。使数据传送可以继续进行。三、数据三、数据传送格式送格式（1）字）字节传送与送与应答答 每一个字节必须保证是每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传位长度。数据传送时，先传送最高位（送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有随一位应答位（即一帧共有9位）。位）。由于某种原因从机不由于某种原因从机不对主机主机寻址信号址信号应答答时（如从机正在（如从机正在进行行实时性的性的处理工作而无法接收理工作而无法接收总线上的数据），它必上的数据），它必须将数据将数据线置置于高于高电平，而由主机平，而由主机产生一个生一个终止信号以止信号以结束束总线的数据的数据传送。送。如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的的“非应答非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。传送。当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答非应答”来实来实现的。然后，从机释放现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。线，以允许主机产生终止信号。（2）数据）数据帧格式格式 I2C总线上上传送的数据信号是广送的数据信号是广义的，既包括地址信号，的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。又包括真正的数据信号。在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：方式：在起始信号后必须传送一个从机的地址（在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第位），第8位是数据的传送方向位（位是数据的传送方向位（R/W），用），用“0”表示主机发送表示主机发送数据（数据（W），），“1”表示主机接收数据（表示主机接收数据（R）。每次数据）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。a、主机向从机、主机向从机发送数据，数据送数据，数据传送方向在整送方向在整个个传送送过程中不程中不变：注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。由从机向主机传送。A表示应答，表示应答，A非表示非应答（高电平）。非表示非应答（高电平）。S表示起始信号，表示起始信号，P表示表示终止信号。终止信号。b、主机在第一个字、主机在第一个字节后，立即从从机后，立即从从机读数据数据c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读读/写方向位正好反相。写方向位正好反相。四、四、总线的的寻址址 I2C总线协议有明确的规定：采用总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。（1）寻址字节的位定义）寻址字节的位定义 D7D1位组成从机的地址。位组成从机的地址。D0位是数据传位是数据传送方向位，为送方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，时表示主机向从机写数据，为为“1”时表示主机由从机读数据。时表示主机由从机读数据。主机主机发送地址送地址时，总线上的每个从机都将上的每个从机都将这7位地址位地址码与自己的地址与自己的地址进行比行比较，如果相同，如果相同，则认为自己正被主机自己正被主机寻址，根据址，根据R/T位将自己位将自己确定确定为发送器或接收器送器或接收器。从机的地址从机的地址由固定部分和可由固定部分和可编程部分程部分组成。成。在一个系在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可从机地址中可编程部分决定了可接入程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的器件的最大数目。如一个从机的7位位寻址位有址位有4位是固定位，位是固定位，3位是可位是可编程位，程位，这时仅能能寻址址8个同个同样的器件，即可以有的器件，即可以有8个同个同样的器件接入的器件接入到到该I2C总线系系统中中。一、典型信号模一、典型信号模拟 为了保了保证数据数据传送的可靠性，送的可靠性，标准的准的I2C总线的数据的数据传送有送有严格的格的时序要求。序要求。I2C总线的起始信号、的起始信号、终止信止信号、号、发送送“0”及及发送送“1”的模的模拟时序序：总线数据传送的模拟总线数据传送的模拟 主机可以采用不带主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现等单片机，利用软件实现I2C总线的数据总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。传送，即软件与硬件结合的信号模拟。二、典型信号模二、典型信号模拟子程序子程序（1）起始信号）起始信号Void T2CStart(void)SDA=1;SomeNop();SCL=1;SomeNop();SDA=0;SomeNop();（2）终止信号止信号void I2cStop(void)SDA=0;SomeNop();SCL=1;SomeNop();SDA=1;SomeNop();I2C总线的数据传送格式总线的数据传送格式 I2C总线共有总线共有4种数据传输方式：主发送方式，主接收种数据传输方式：主发送方式，主接收方式，从接收方式，从发送方式方式，从接收方式，从发送方式I2C总线上数据传送的基本单位为字节，采用高位在前总线上数据传送的基本单位为字节，采用高位在前的格式。主从器件之间一次传输的数据称为一帧，由的格式。主从器件之间一次传输的数据称为一帧，由启动信号、若干个数据字节和应答位以及停止信号组启动信号、若干个数据字节和应答位以及停止信号组成。成。（1）字节传送与应答）字节传送与应答利用利用I2C总线进行数据传送时，传送的字节数是没有限制总线进行数据传送时，传送的字节数是没有限制的，但是每一个字节必须保证是的，但是每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，位长度。数据传送时，先传送最高位（先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有须跟随一位应答位（即一帧共有9位），如图所示：位），如图所示：应答时序图应答时序图 I2C总线的数据传送格式总线的数据传送格式 a、主机向从机、主机向从机发送数据，数据送数据，数据传送方向在整个送方向在整个传送送过程中不程中不变：注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。示数据由从机向主机传送。A表示应答，表示应答，表示非应答（高电平）。表示非应答（高电平）。S表示起始信号，表示起始信号，P表示终止信号。表示终止信号。在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：方式：I2C总线的数据传送格式总线的数据传送格式（2）数据帧格式）数据帧格式 b、主机在第一个字、主机在第一个字节后，立即由从机后，立即由从机读数据数据c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正写方向位正好反相。好反相。I2C总线的的寻址址 I2C总线协议有明确的规定：采用总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。（1）寻址字节的位定义）寻址字节的位定义 D7D1位组成从机的地址。位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位是数据传送方向位，为位，为“0”时表示主机向从机写数据，为时表示主机向从机写数据，为“1”时表时表示主机由从机读数据。示主机由从机读数据。主机主机发送地址送地址时，总线上的每个从机都将上的每个从机都将这7位地址位地址码与自己的地址与自己的地址进行比行比较，如果相同，如果相同，则认为自己正被主自己正被主机机寻址，根据址，根据R/位将自己确定位将自己确定为发送器或接收器。送器或接收器。从机的地址从机的地址由固定部分和可由固定部分和可编程部分程部分组成。在一个系成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程程部分决定了可接入部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从器件的最大数目。如一个从机的机的7位位寻址位有址位有4位是固定位，位是固定位，3位是可位是可编程位，程位，这时仅能能寻址址8个同个同样的器件，即可以有的器件，即可以有8个同个同样的器件接入的器件接入到到该I2C总线系系统中。中。I2C总线的寻址总线的寻址I2C总线数据传送的模拟一、典型信号模一、典型信号模拟 为了保了保证数据数据传送的可靠性，送的可靠性，标准的准的I2C总线的数据的数据传送有送有严格的格的时序要求。序要求。I2C总线的起始信号、的起始信号、终止信止信号、号、发送送“0”及及发送送“1”的模的模拟时序序：l 主机可以采用不带主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现等单片机，利用软件实现I2C总线总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。二、典型信号模二、典型信号模拟子程序子程序（1）起始信号）起始信号Void T2CStart(void)SomeNop();SCL=1;SomeNop();SDA=0;SomeNop();SCL=0;SomeNop();（2）终止信号止信号void I2cStop(void)SDA=0;SomeNop();SCL=1;SomeNop();SDA=1;SomeNop();SCL=0;