I2C串行擴(kuò)展總線
I2C總線是Philips公司推出的芯片間串行傳輸總線。它用兩根線實(shí)現(xiàn)了完備的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可以極為方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。I2C總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，通過(guò)軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單靈活的擴(kuò)展方法，按照I2C總線規(guī)范，總線傳輸中的所有狀態(tài)都生成相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼，系統(tǒng)中的主機(jī)能夠依照這些狀態(tài)碼自動(dòng)地進(jìn)行總線管理，用戶(hù)只要在程序中裝入這些標(biāo)準(zhǔn)處理模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)操作要求完成I2C總線的初始化，啟動(dòng)I2C總線，就能自動(dòng)完成規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送操作。I2C總線接口電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。
I2C總線接口為開(kāi)漏或開(kāi)集電極輸出，需加上拉電阻。系統(tǒng)中所有的單片機(jī)、外圍器件都將數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL的同名端相連在一起，總線上的所有節(jié)點(diǎn)都由器件和管腳給定地址。系統(tǒng)中可以直接連接具有I2C總統(tǒng)接口的單片機(jī)，也可以通過(guò)總線擴(kuò)展芯片或I/O口的軟件仿真與I2C總線相連。在I2C總線上可以掛接各種類(lèi)型的外圍器件，如RAM/EPROM、日歷/時(shí)鐘、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器以及由I/O口、顯示驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的各種模塊。
I2C總線上數(shù)據(jù)傳送的基本單位為字節(jié)，采用低位在前的格式。主從器件之間一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱(chēng)為一幀，由啟動(dòng)信號(hào)、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和應(yīng)答位以及停止信號(hào)組成？梢钥闯觯琁2C
圖1 I2C總線接口電路結(jié)構(gòu)
的主要命令只有讀、寫(xiě)兩種，雖然讀寫(xiě)的字節(jié)根據(jù)具體器件的不同而不同，但其時(shí)序關(guān)系不會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)這一點(diǎn)，下位機(jī)只要具備I2C的基本時(shí)序即可。這些基本時(shí)序包括：?jiǎn)?dòng)、寫(xiě)字節(jié)、讀字節(jié)、應(yīng)答位、停止信號(hào)，并可以組合成兩個(gè)子程序：讀N字節(jié)子程序、寫(xiě)N字節(jié)子程序。
帶有I2C器件的讀寫(xiě)操作有多種形式，寫(xiě)操作有兩種類(lèi)型：字節(jié)寫(xiě)和頁(yè)面寫(xiě)；讀操作有三種類(lèi)型：讀當(dāng)前地址內(nèi)容、讀隨機(jī)地址內(nèi)客和讀順序地址內(nèi)容。以AT24C01為例，寫(xiě)N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的操作時(shí)序如圖2所示，AT24C01讀N個(gè)字節(jié)技據(jù)的操作時(shí)序如圖3所示。
<?XML:NAMESPACE PREFIX = U1 /> | 8位 | | 8位 | | 8位 | | 8位 | | | 8位 | | |
起始信號(hào) | 器件地址 | 響應(yīng)信號(hào) | 字地址 | 響應(yīng)信號(hào) | 數(shù)據(jù)1 | 響應(yīng)信號(hào) | 數(shù)據(jù)2 | 響應(yīng)信號(hào) | … | 數(shù)據(jù)N | 響應(yīng)信號(hào) | 結(jié)束信號(hào) |
| | | 寫(xiě)操作 | | 寫(xiě)操作 | | 寫(xiě)操作 | | | 寫(xiě)操作 | ||
| 8位 | | 8位 | | 8位 | | | 8位 | | |
起始信號(hào) | 器件地址 | 響應(yīng)信號(hào) | 字地址 | 響應(yīng)信號(hào) | 數(shù)據(jù)1 | 響應(yīng)信號(hào) | … | 數(shù)據(jù)N | 響應(yīng)信號(hào) | 結(jié)束信號(hào) |
| | | 寫(xiě)操作 | | 讀操作 | | | 讀操作 | ||
上圖中器件地址說(shuō)明如下：
①器件地址碼的第7～4位為從器件地址位，用于確認(rèn)器件的類(lèi)型。AT24C01的器件地址碼為1010，1010表示從器件為串行E2PROM。
②器件地址碼的第3～l位為第l～第8片的片選或存儲(chǔ)器內(nèi)的頁(yè)面地址選擇位。此三個(gè)控制位用于片選或者內(nèi)部頁(yè)面選擇。
如在存儲(chǔ)容量8Kb（1024×8位）的AT24C01內(nèi)部，存儲(chǔ)矩陣分為4個(gè)頁(yè)面，每一頁(yè)面有256個(gè)字節(jié)。通過(guò)器件地址碼的第2位和第1位，可以選擇數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的頁(yè)面。
③器件地址碼的第0位為讀、寫(xiě)（R/W）操作控制碼。若此位為1，下一字節(jié)進(jìn)行讀操作（R）；此位為0，下一字節(jié)進(jìn)行寫(xiě)操作（W）。
AT24C01每接收一個(gè)字節(jié)后，都必須發(fā)送一個(gè)確認(rèn)應(yīng)答信號(hào)位ACK，即時(shí)序中的響應(yīng)信號(hào)。此時(shí)單片機(jī)必須產(chǎn)生一個(gè)與此確認(rèn)位相應(yīng)的時(shí)鐘脈沖。AT24C01在讀寫(xiě)操作時(shí)。具有地址自動(dòng)加1功能，即讀、寫(xiě)完某一地址空間后，會(huì)自動(dòng)指向下一個(gè)地址單元。
I2C總線最顯著的特點(diǎn)是規(guī)范的完整性、結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性和用戶(hù)使用時(shí)的“傻瓜”化。I2C總統(tǒng)有嚴(yán)格的規(guī)范，如接口的電氣特性、信號(hào)時(shí)序、信號(hào)傳輸?shù)亩x、總線狀態(tài)設(shè)置、總線管理規(guī)則及總線狀態(tài)處理等。
在I2C總線規(guī)范中。總線上的器件節(jié)點(diǎn)具有極大的獨(dú)立性，而且各節(jié)點(diǎn)上的器件、模塊都有相對(duì)獨(dú)立的地址編號(hào)。
嚴(yán)格、完善的規(guī)范，并將這些規(guī)范的應(yīng)用盡可能“傻瓜”化，除了有充分的硬件支持外，在軟件方面，Philips公司為用戶(hù)提供了一套完善的總線狀態(tài)處理軟件包，以致于用戶(hù)可以不去熟悉I2C總線的規(guī)范，不去理睬總線的管理方法，只要掌握I2C總線的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法就可方使地使用I2C總線，并且能很快地掌握I2C總線系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。
由于I2C總線系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電氣特性及地址給定都具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，因此，在應(yīng)用系統(tǒng)中采用I2C總線結(jié)構(gòu)就有可能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)夢(mèng)寐以求的器件及功能單元的軟、硬件標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)。
器件及功能單元的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，取決于器件單元硬件電氣連接的最少相關(guān)性與軟件的獨(dú)立性。軟件的獨(dú)立性則表現(xiàn)在獨(dú)立編址及數(shù)據(jù)傳送方式的簡(jiǎn)單化與單一性。而I2C總線所具有的特點(diǎn)很好地滿(mǎn)足了上述要求。
在硬件結(jié)構(gòu)上，任何一個(gè)具有I2C總線接口的外圍器件，不僅其功能差別有多大，都具有相同的電氣接口；除了總線外，各器件節(jié)點(diǎn)沒(méi)有其他電氣連接，甚至各節(jié)點(diǎn)的電源都可以單獨(dú)供電；在各器件節(jié)點(diǎn)上沒(méi)有并行擴(kuò)展時(shí)所必須的片選線，器件地址給定完全取決于器件類(lèi)型與單元電路結(jié)構(gòu)。在軟件上，不論何種器件，其I2C總線的數(shù)據(jù)傳送都具有相同的操作模式，而且每個(gè)器件操作時(shí)都與其他器件節(jié)點(diǎn)無(wú)關(guān)。在實(shí)際使用中，總線節(jié)點(diǎn)上的器件甚至可在總線工作狀態(tài)下掛上總線或撤除。
目前I2C總線大量應(yīng)用在視頻、音像系統(tǒng)中，Philips推出的近200種I2C總統(tǒng)接口器件主要是視頻、音像類(lèi)器件。除Philips公司外，I2C總線已被眾多的廠家使用在高檔電視機(jī)、電話機(jī)、音響、攝/錄像系統(tǒng)中，在大量測(cè)控領(lǐng)域單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中正逐步推廣。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-08
