I2C总线器件应用实例讲述.ppt

项目4 I2C总线器件应用实例 4.1 I2C总线简介 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总线产生于上世纪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。 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(multimastering)，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。 4.2 I2C总线的构成和信号类型 1）I2C总线的构成 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，采用7位寻址， 但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加，I2C总线 也增强为快速模式（400Kbits/s）和10位寻址以满足更高 速度和更大寻址空间的需求。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。 2）I2C总线的信号类型 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们 分别是：起始信号、终止信号和应答信号。 起始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平 跳变，开始传送数据。 终止信号：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。如下图所示 3）数据位的有效性规定 I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间， 数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为 低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。 如下图所示 4）I2C总线上一次典型的工作流程 （1）开始：发送开始信号，表明传输开始。 （2）发送地址：主设备发送地址信息，包含7位的从 设备地址和1位的指示位（表明读或者写，即数据流的方 向）。 （3）发送数据：根据指示位，数据在主设备和从设备 之间传输。数据一般以8位传输，最重要的位放在前面； 具体能传输多少量的数据并没有限制。接收器上用一位的 ACK（应答信号）表明每一个字节都收到了。传输可以被 终止和重新开始。 （4）停止：发送停止信号，结束传输。 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，MICROCHIP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。 4.3 I2C 总线接口电路 I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两 根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平， 都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与 ”关系。 通过线“与”，I2C总线的外围扩展示意图如下图所示，它给 出了单片机应用系统中最常使用的I2C总线外围通用器件。 4.4 I2C总线的传输协议与数据传送 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