05I2C总线通信技术.ppt-PC机与单片机通信技术.ppt

I2C总线技术 项目功能 项目知识点与技能点 项目知识准备 软件设计 硬件电路 项目实施 【项目功能】 1、利用I2C总线技术，完成ATmega16单片机对I2C器件PCF8563T时钟芯片的读写操作。 2、通过完成项目，掌握I2C总线技术，并能合理运用到实际项目中。 【项目知识点与技能点】 1、I2C总线的协议。 2、时钟芯片PCF8563的相关知识。 3、如何用I/O口模拟I2C通讯时序。 【项目知识准备】 1、I2C总线概述 2、I2C总线的协议 3、时钟芯片PCF8563的相关知识 1、I2C总线概述 I2C总线，是INTER-IC串行总线的缩写。它是由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。这种串行总线上的各单片机或集成电路模块通过一条串行数据线（SDA）和一条串行时钟线（SCL）进行信息传送。同其他形式的总线相比，I2C总线具有可靠性好、传输速度快、结构简单等优点，因此也被广泛地应用在单片机应用系统中。 2、I2C总线的协议 按照I2C总线的通信规则，每个总线上的电路模块都有的地址，总线通过这个地址识别连在总线上的器件。每个设备既可以是主控器（能控制总线，又能完成一次传输过程的初始化，并产生时钟信号及传输终止信号的器件）或被控器（被主控器寻址的器件），也可以是发送器（在总线上发送信息的器件）或接收器（从总线上接收信息的器件）。 I2C总线中，数据传输协议为： ·起始信号的后面总有一个被控器的地址，被控器的地址一般规定为7位数据。 ·数据的第8位是数据的传输方向位，即读／写位。在读／写位中，如果是“0”,则表示主控器向被控机发送数据，也就是执行“写”的功能；如果是“1”,则表示主控器接收被控器发来的数据，也就是执行“读”的功能。 ·数据的传输总是随主控器产生的停止信号而结束。 1）I2C总线的基本结构 通常，采用I2C总线标准的单片机或IC器件，其内部不仅有I2C接口电路，而且还有将内部各单元电路按功能划分的独立模块，它们通过软件寻址实现片选功能，因此减少了器件片选线的连接。总线控制设备不仅能通过指令将某个功能单元电路挂接到总线或摘离总线，还可对该单元的工作状况进行监测，从而实现对硬件系统的简单灵活的扩展与控制。I2C总线接口电路结构如图 2）I2C总线接口的特性 传统单片机的串行发送和接收都各用一条线，而I2C总线则根据器件的功能，并通过软件程序使其同时工作于发送或接收方式。当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器。 I2C总线上的SDA和SCL均为双向I／O线，它们通过上拉电阻接正电源。当总线空闲的，两根线全为高电平。I2C总线上的连接器件的输出级都为集电极或漏极开路的形式，这样总线上的数据就能实现线“与”的功能。I2C总线在传送数据时其速率可达100Kb／s，最高时可达400Kb／s。 I2C总线在进行信息传输时，若SCL为高电平，则SDA上的信息必须保持稳定不变；若SCL为低电平，则SDA上的信息允许变化。SDA上的每一位数据都和SCL上的时钟脉冲相对应。由于SCL和SDA的线“与”逻辑关系，当SCL没有时钟信号，SDA上的数据也将停止传输。SCL保持高电平期间，SDA由高电平向低电平变化这种状态定义为起始信号；而SDA由低电平向高电平变化则定义为终止信号。下图为I2C总线起始信号和终止信号时序图。 在I2C总线上，SDA上的数据传输必须以字节为单位（最高位最先传送），每个传送字节后还必须跟随一应答位。这个应答信号由发送器发出。整个数据传送过程中，传输的字节数目是没有限制的。但是若数据传输一段时间后，接收器无法继续接收时，主控器也可以终止数据的传送。 3）I2C总线的仲裁 I2C总线上可以挂接多个器件，这样当两个或多个主控器同时想占用总线时，就会产生总线竞争。I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞争产生仲裁过程，仲裁是在SCL为高电平时，根据SDA状态进行的。在总线仲裁期间，如有其他以主控器已经在SDA上传送低电平，则发送高电平的主控器就会发现此时SDA上的最平与它发送的信号不一致，这样，该主控器就自动裁决失去总线控制权。I2C总线协议的详细仲裁过程为：当主控器在发送某个字节时，若被仲裁失去主控权时，它的时钟信号继续输出，并直到整个字节发送结束为止。若主控器在寻址阶段被仲裁失去主控权，它就立刻进入被旁若被控接收状态，并判断取得主控权的主控器是否正在对它进行寻址。