【E課堂】I2C總線(xiàn)協(xié)議詳解

　　簡(jiǎn)介：

　　I2C(Inter-Integrated Circuit)總線(xiàn)是一種由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線(xiàn)產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信可隨時(shí)監控內存、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò )、系統溫度等多個(gè)參數，增加了系統的安全性，方便了管理。

　　I2C總線(xiàn)特點(diǎn)

　　I2C總線(xiàn)最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線(xiàn)占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數量，降低了互聯(lián)成本?？偩€(xiàn)的長(cháng)度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。I2C總線(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線(xiàn)。一個(gè)主控能夠控制信號的傳輸和時(shí)鐘頻率。當然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。

　　I2C總線(xiàn)工作原理

　　總線(xiàn)的構成及信號類(lèi)型

　　I2C總線(xiàn)是由數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘SCL構成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數據。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線(xiàn)上，但就像電話(huà)機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I2C總線(xiàn)上并接的每一模塊電路既是主控器(或被控器)，又是發(fā)送器(或接收器)，這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量?jì)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類(lèi);控制量決定該調整的類(lèi)別(如對比度、亮度等)及需要調整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線(xiàn)上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。

　　I2C總線(xiàn)在傳送數據過(guò)程*有三種類(lèi)型信號， 它們分別是：開(kāi)始信號、結束信號和應答信號。

　　開(kāi)始信號：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數據。

　　結束信號：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。

　　應答信號：接收數據的IC在接收到8bit數據后，向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實(shí)際情況作出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現故障。

　　這些信號中，起始信號是必需的，結束信號和應答信號，都可以不要。

　　目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監控芯片等也提供I2C接口

　　I2C 總線(xiàn)是一種用于IC器件之間連接的雙向二線(xiàn)制總線(xiàn)，所謂總線(xiàn)它上面可以?huà)於鄠€(gè)器件，并且通過(guò)兩根線(xiàn)連接，占用空間非常的小，總線(xiàn)的長(cháng)度可長(cháng)達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持4個(gè)組件。它的另一優(yōu)點(diǎn)是多主控，只要能夠進(jìn)行接收和發(fā)送的設備都可以成為主控制器，當然多個(gè)主控不能同一時(shí)間 工作。

　　I2C總線(xiàn)有兩根信號線(xiàn)，一根為SDA(數據線(xiàn))，一根為SCL(時(shí)鐘線(xiàn))。任何時(shí)候時(shí)鐘信號都是由主控器件產(chǎn)生。

　　I2C總線(xiàn)操作

　　I2C規程運用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數據到總線(xiàn)上，則定義為發(fā)送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線(xiàn)必須由主器件(通常為微控制器)控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘(SCL)控制總線(xiàn)的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。SDA線(xiàn)上的數據狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來(lái)表示起始和停止條件。

　　控制字節

　　在起始條件之后，必須是器件的控制字節，其中高四位為器件類(lèi)型識別符(不同的芯片類(lèi)型有不同的定義，EEPROM一般應為1010)，接著(zhù)三位為片選，最后一位為讀寫(xiě)位，當為1時(shí)為讀操作，為0時(shí)為寫(xiě)操作。

　　寫(xiě)操作

　　寫(xiě)操作分為字節寫(xiě)和頁(yè)面寫(xiě)兩種操作，對于頁(yè)面寫(xiě)根據芯片的一次裝載的字節不同有所不同。

　　讀操作

　　讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。圖4給出的是順序讀的時(shí)序圖。應當注意的是：最后一個(gè)讀操作的第9個(gè)時(shí)鐘周期不是“不關(guān)心”。為了結束讀操作，主機必須在第9個(gè)周期間發(fā)出停止條件或者在第9個(gè)時(shí)鐘周期內保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。

　　I2C總線(xiàn)應用

　　目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，三星的S3C24XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監控芯片等也提供I2C接口。

　　舉常I2C器件/I2C Device

　　1、存儲器類(lèi)： ATMEL公司的AT24CXX系列EEPROM;

　　2、I2C總線(xiàn)8位并行IO口擴展芯片PCF8574/JLC1562;

　　3、I2C接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307/PCF8563/SD2000D/M41T80/ME901/ISL1208/;

　　4、I2C數據采集ADC芯片MCP3221(12bitADC)/ADS1100(16bitADC)/ADS1112(16bitADC)/MAX1238(12bitADC)/MAX1239(12bitADC);

　　5、I2C接口數模轉換DAC芯片DAC5574(8bitDAC)/DAC6573(10bitDAC)/DAC8571(16bitDAC)/;

　　6、I2C接口溫度傳感器TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625

　　USB轉I2C專(zhuān)用芯片：USB2I2C

　　USB2I2C是一個(gè)USB總線(xiàn)轉I2C總線(xiàn)I2C/IIC/TWI/SMBUS的接口芯片，通過(guò)USB2I2C芯片可以非常方便地實(shí)現PC機USB總線(xiàn)和下位機端I2C接口(即IIC或TWI總線(xiàn)：SCL 線(xiàn)、SDA 線(xiàn))之間的通信。

　　USB2I2C芯片上位機PC端提供簡(jiǎn)單易用的USBIOX.DLL動(dòng)態(tài)庫調用，可以方便地被VB，VC，Delphi，Labview，BCB等上位機開(kāi)發(fā)工具調用。相關(guān)例程在USBIO公司網(wǎng)站可以找到。

　　USB2I2C功能特點(diǎn)：

　　●全速USB設備接口，兼容USB V2.0。

　　●外圍元件簡(jiǎn)單，只需1個(gè)12M晶體和2個(gè)電容。

　　●低成本，可以通過(guò)I2C總線(xiàn)直接實(shí)現上位機與下位機之間的連接，無(wú)需輔助MCU。

　　●上位機軟件能夠實(shí)現靈活實(shí)現I2C/IIC/TWI總線(xiàn)協(xié)議的各種操作。

　　●作為I2C總線(xiàn)Host/Master 主機端。

　　●I2C接口提供SCL和SDA信號線(xiàn)，支持SCL時(shí)鐘4種不同傳輸速度：100KHz/400KHz/750KHz。

　　●采用SSOP-20小型封裝。