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1、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（1WIRE BUS）、 SPI（Serial Peripheral Interface）总线及 Microwire/PLUS等。 本课仅讨论I2C串行总线。,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。,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
2、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,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
3、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）。,（2）数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。,在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：,在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/W），用“0”表示主机发送数据（W），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另
4、一从机进行寻址。,a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：,注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。 A表示应答， A非表示非应答（高电平）。S表示起始信号，P表示终止信号。,b、主机在第一个字节后，立即从从机读数据,c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。,四、总线的寻址,I2C总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。 （1）寻址字节的位定义,D7D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，为“1”时表
5、示主机由从机读数据。,主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器或接收器。 从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。,一、典型信号模拟 为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序 ：,总线数据
6、传送的模拟,主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。,二、典型信号模拟子程序,（1）起始信号 Void T2CStart(void) SDA = 1; SomeNop( ); SCL = 1; SomeNop( ); SDA = 0; SomeNop( ); ,（2）终止信号 void I2cStop(void) SDA = 0; SomeNop( ); SCL = 1; SomeNop( ); SDA = 1; SomeNop( ); ,I2C总线的数据传送格式,I2C总线共有4种数据传输
7、方式：主发送方式，主接收方式，从接收方式，从发送方式 I2C总线上数据传送的基本单位为字节，采用高位在前的格式。主从器件之间一次传输的数据称为一帧，由启动信号、若干个数据字节和应答位以及停止信号组成。,（1）字节传送与应答 利用I2C总线进行数据传送时，传送的字节数是没有限制的，但是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），如图所示：,应答时序图,I2C总线的数据传送格式,a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：,注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。
8、 A表示应答， 表示非应答（高电平）。S表示起始信号，P表示终止信号。,在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：,I2C总线的数据传送格式,（2）数据帧格式,b、主机在第一个字节后，立即由从机读数据,c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。,I2C总线的寻址,I2C总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。 （1）寻址字节的位定义,D7D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。,主机发送地址时，总线上的每个从机都将这
9、7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/位将自己确定为发送器或接收器。 从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。,I2C总线的寻址,I2C总线数据传送的模拟,一、典型信号模拟 为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序 ：,主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。,二、典型信号模拟子程序,（1）起始信号 Void T2CStart(void) SomeNop( ); SCL = 1; SomeNop( ); SDA = 0; SomeNop( ); SCL = 0; SomeNop( ); ,（2）终止信号 void I2cStop(void) SDA = 0; SomeNop( ); SCL = 1; SomeNop( ); SDA = 1; SomeNop( ); SCL = 0; ,