數字接口――I2C 總線(xiàn)

數字接口――I2C 總線(xiàn)

了解內部集成電路總線(xiàn)（一種基本的低成本互聯(lián)方案）的連接和格式。

內置集成電路 (I2C) 總線(xiàn)是一種單端、多主控雙線(xiàn)總線(xiàn)，適合在半雙工模式下進(jìn)行高效的內部集成電路通信。該總線(xiàn)使用漏極開(kāi)路技術(shù)，因此通過(guò)電阻器連接到 VDD 時(shí)就需要兩根信號線(xiàn)，分別為串行數據 (SDA) 線(xiàn)和串行時(shí)鐘線(xiàn) (SCL)，如圖 1 所示。

圖 1 I2C 總線(xiàn)

將線(xiàn)路拉低至接地認為是邏輯 0，而使線(xiàn)路浮置則為邏輯 1。通常將這用作通道接入方式。當 SCL 為低電平時(shí)，必將發(fā)生邏輯狀態(tài)變化；當 SSL 為高電平時(shí)，若發(fā)生變化則認為是 START 和 STOP 條件。盡管系統允許提供更高或更低的電壓，但典型的電源電壓為 3.3V 和 5V。

I2C 通信采用 7 位地址空間（具有 16 個(gè)預留地址），因此在同一總線(xiàn)上，理論上最多可以和 112 個(gè)節點(diǎn)通信。但實(shí)際上，節點(diǎn)數會(huì )受到總線(xiàn)上規定的總體總電容 (400 pF) 限制，從而將通信距離限制為幾米。規定的信號傳輸速率為 100 kbit/s（標準模式）、400 kbit/s（快速模式）、1 Mbit/s（快速模式Plus，FM+）和 3.4 Mbit/s（高速模式）。

總線(xiàn)上的節點(diǎn)有主從之分。主節點(diǎn)負責發(fā)布時(shí)鐘和從節點(diǎn)地址，并且還開(kāi)始和結束數據處理。從節點(diǎn)負責接收時(shí)鐘和地址，并響應來(lái)自主節點(diǎn)的請求。圖 2 顯示了主從節點(diǎn)之間典型的數據傳送示例。

圖 2 完整的數據傳輸時(shí)序圖

主節點(diǎn)通過(guò)創(chuàng )建一個(gè) START 條件發(fā)布一個(gè)數據處理，緊接著(zhù)發(fā)布希望與其進(jìn)行通信的從節點(diǎn)的 7 位地址。隨后發(fā)送一個(gè)信號讀寫(xiě)位，表示主節點(diǎn)是否愿意寫(xiě)入到從節點(diǎn) (0) 或者自從節點(diǎn)讀取 (1)。接下來(lái)，主節點(diǎn)將釋放 SDA 線(xiàn)，以允許從節點(diǎn)對數據接收作出應答。

在第 9 個(gè) SCL 時(shí)鐘脈沖的整個(gè)高電平期間，從節點(diǎn)通過(guò)將 SDA 拉至低電平以回應一個(gè)應答位 (ACK)，之后主節點(diǎn)一直處于傳輸或接收模式（根據發(fā)送的讀寫(xiě)位而定），而從節點(diǎn)則一直處于對應的互補模式（分別為接收或傳輸）。

發(fā)送地址和 8 位數據字節時(shí)首先發(fā)送最高位 (MSB)。當 SCL 為高電平時(shí)，通過(guò) SDA 由高電平向低電平跳變來(lái)指示 START 位。而當 SCL 為高電平時(shí)，則通過(guò) SDA 由低電平向高電平跳變來(lái)產(chǎn)生 STOP 條件。

當主節點(diǎn)寫(xiě)入到從節點(diǎn)時(shí)，它會(huì )在從節點(diǎn)發(fā)送 ACK 位時(shí)重復發(fā)送一個(gè)字節。在這種情況下，主節點(diǎn)將處于主傳輸模式，而從節點(diǎn)則處于從接收模式。當主節點(diǎn)自從節點(diǎn)讀取時(shí)，它會(huì )重復接收自從節點(diǎn)的字節，同時(shí)對每個(gè)字節的接收作出應答 (ACK)，但最后一個(gè)字節除外，請參見(jiàn)圖 3。這種情況下，主節點(diǎn)將處于主接收模式，而從節點(diǎn)則處于從傳輸模式。