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I2C 总线定义
I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS 公司开发的两线
式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。I2C 总线产生于在 80 年代,
最初为音频和视频设备开发,如今主要在服务器管理中使用,其中包括单
个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询,以管理系统的配
置或掌握组件的功能状态,如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、
网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。
I2C 总线特点
I2C 总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之
上,因此 I2C 总线占用的空间非常小,减少了电路板的空间和芯片管脚的
数量,降低了互联成本。总线的长度可高达 25 英尺,并且能够以 10Kbps
的最大传输速率支持40 个组件。I2C 总线的另一个优点是,它支持多主控(m
ultimastering) , 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。
一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然,在任何时间点上只能有
一个主控。
I2C 总线工作原理
总线的构成及信号类型
I2C 总线是由数据线SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线,可发送和接收
数据。在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送,最高传送速率
100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上,但就像电话机一样只有拨
通各自的号码才能工作,所以每个电路和模块都有唯一的地址,在信息的
传输过程中,I2C 总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器),又
是发送器(或接收器),这取决于它所要完成的功能。CPU 发出的控制信
号分为地址码和控制量两部分,地址码用来选址,即接通需要控制的电路,
确定控制的种类;控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要
调整的量。这样,各控制电路虽然挂在同一条总线上,却彼此独立,互不
相关。
I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信
号、结束信号和应答信号。
开始信号:SCL 为高电平时,SDA 由高电平向低电平跳变,开始传送
数据。
结束信号:SCL 为高电平时,SDA 由低电平向高电平跳变,结束传送
数据。
应答信号:接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后,向发送数据的 IC 发
出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后,
等待受控单元发出一个应答信号,CPU 接收到应答信号后,根据实际情况
作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,由判断为受控单元出
现故障。
这些信号中,起始信号是必需的,结束信号和应答信号,都可以不要。
目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C 接口。带有 I2C 接口的单
片机有:CYGNAL 的 C8051F0XX 系列,PHILIPSP87LPC7XX 系列,MI
CROCHIP 的PIC16C6XX 系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也
提供 I2C 接口。
I2C 总线操作
I2C 规程运用主/ 从双向通讯。器件发送数据到总线上,则定义为发送
器,器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和
发送状态。 总线必须由主器件(通常为微控制器)控制,主器件产生串行
时钟(SCL )控制总线的传输方向,并产生起始和停止条件。SDA 线上的
数据状态仅在SCL 为低电平的期间才能改变,SCL 为高电平的期间,SDA
状态的改变被用来表示起始和停止条件。
控制字节
在起始条件之后,必须是器件的控制字节,其中高四位为器件类型识
别符(不同的芯片类型有不同的定义,EEPROM 一般应为 1010),接着
三位为片选,最后一位为读写位,当为 1 时为读操作,为0 时为写操作。
写操作
写操作分为字节写和页面写两种操作,对于页面写根据芯片的一次装
载的字节不同有所不同。
读操作
读操作有三种基本操作:当前地址读、随机读和顺序读。图 4 给出的
是顺序读的时序图。应当注意的是:最后一个读操作的第 9 个时钟周期不
是“不关心”。为了结束读操作,主机必须在第9 个周期间发出停止条件或者
在第9 个时钟周期内保持 SDA 为高电平、然后发出停止条件。
I2C 总线应用
目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C 接口。带有 I2C 接口的单
片机有:CYGNAL 的 C8051F0XX 系列,三星的S3C24X
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