I2C总线器件应用实例课件.ppt

项目4 I2C总线器件应用实例 ;4.1 I2C总线简介 I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围 设备。I2C总线产生于上世纪80年代，最初为音频和视频 设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个 组件状态的通信。 I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接 口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少;了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总 线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输 速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多 主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设 备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时 钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。 4.2 I2C总线的构成和信号类型;1）I2C总线的构成 I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总 线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之 间进行双向传送，最高传送速率100kbps，采用7位寻址， 但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加，I2C总线 也增强为快速模式（400Kbits/s）和10位寻址以满足更高 速度和更大寻址空间的需求。各种被控制电路均并联在这 条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工 ;作，所以每个电路和模块都有唯一的地址。 在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电 路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器）， 这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地 址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制 的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如 对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽 然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。 ;2）I2C总线的信号类型 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们 分别是：起始信号、终止信号和应答信号。 起始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平 跳变，开始传送数据。 终止信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平 跳变，结束传送数据。 ;图4-1 I2C总线开始和结束信号定义; 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发 送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。 CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个 应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是 否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受 控单元出现故障。如下图所示;图4-2 I2C总线应答信号定义;3）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。 如下图所示;图4-3 数据的传送过程;4）I2C总线上一次典型的工作流程 （1）开始：发送开始信号，表明传输开始。 （2）发送地址：主设备发送地址信息，包含7位的从 设备地址和1位的指示位（表明读或者写，即数据流的方 向）。 （3）发送数据：根据指示位，数据在主设备和从设备 之间传输。数据一般以8位传输，最重要的位放在前面； 具体能传输多少量的数据并没有限制。接收器上用一位的;ACK（应答信号）表明每一个字节都收到了。传输可以被 终止和重新开始。 （4）停止：发送停止信号，结束传输。 目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有 I2C接口的单片机有：CYGNAL的C8051F0XX系列， PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX 系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C 接口。;4.3 I2C 总线接口电路 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。;图4-4 I2C总线接口电路结构;通过线“与”，I2C总线的外围扩展示意图如下图所示，它给 出了单片机应用系统中最常使用的I2C总线外围通用器件。 ; 4.4 I2C总线的传输协议与数据传送 I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线 上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主 器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由 主器