文档介绍：I2C串行总线的组成及工作原理
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I2C串行总线的组成及工作原理
采用串行总线技术可以使系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。同时,系统的更改和扩充极为容易。
常用的串行扩展总线有: I2C (Inter IC BUS)总线、单总线(1-WIRE BUS)、SPI(Serial Peripheral Interface)总线及Microwire/PLUS等。
本课仅讨论I2C串行总线。
I2C串行总线概述
I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线,是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。
I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA,另一根是时钟线SCL。
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。
每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件,这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。
在多主机系统中,可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱, I2C总线要通过总线仲裁,以决定由哪一台主机控制总线。
在80C51单片机应用系统的串行总线扩展中,我们经常遇到的是以80C51单片机为主机,其它接口器件为从机的单主机情况。
一、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。
I2C总线的数据传送
二、起始和终止信号
SCL线为高电平期间,SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号;SCL线为高电平期间,SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
起始和终止信号都是由主机发出的,在起始信号产生后,总线就处于被占用的状态;在终止信号产生后,总线就处于空闲状态。
连接到I2C总线上的器件,若具有I2C总线的硬件接口,则很容易检测到起始和终止信号。
接收器件收到一个完整的数据字节后,有可能需要完成一些其它工作,如处理内部中断服务等,可能无法立刻接收下一个字节,这时接收器件可以将SCL线拉成低电平,从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时,再释放SCL线使之为高电平,从而使数据传送可以继续进行。
三、数据传送格式
(1)字节传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时,先传送最高位(MSB),每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位(即一帧共有9位)。
由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时(如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据),它必须将数据线置于高电平,而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。
如果从机对主机进行了应答,但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时,从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机,主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。
当主机接收数据时,它收到最后一个数据字节后,必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后,从机释放SDA线,以允许主机产生终止信号。