集成電路互連總線IC演示文稿

集成電路互連總線IC演示文稿第一頁，共二十四頁。主要內容

1.1I2C總線通用知識1.2I2C總線的硬件相關術語與典型電路1.3I2C總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議概要1.4主機向從機讀/寫1個字節(jié)數(shù)據(jù)的過程1.5關于I2C的進一步討論第二頁，共二十四頁。1.1I2C總線通用知識1.1.1I2C總線的歷史概況與特點I2C（Inter-IntegratedCircuit）總線標準的歷史概況1992年PHILIPS首次發(fā)布I2C總線規(guī)范Version1.01998年PHILIPS發(fā)布I2C總線規(guī)范Version2.0，至此標準模式和快速模式的I2C總線已經(jīng)獲得了廣泛應用，標準模式傳輸速率為100kbps，快速模式400kbps。同時，I2C總線也由7位尋址發(fā)展到10位尋址，滿足了更大尋址空間的需求2001年PHILIPS又發(fā)布了I2C總線規(guī)范Version2.1，完善和擴展了I2C總線的功能，并提出了傳輸速率可達3.4Mbps的高速模式，這使得I2C總線能夠支持現(xiàn)有及將來的高速串行傳輸，如EEPROM和Flash存儲器等第三頁，共二十四頁。I2C總線特點在硬件上，二線制的I2C串行總線使得各IC只需最簡單的連接，而且總線接口都集成在IC中，不需另加總線接口電路I2C總線還支持多主控（multi-mastering）串行的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達100kbps，快速模式下可達400kbps，高速模式下可達3.4Mbps連接到相同總線的IC數(shù)量只受到總線最大電容（400pf）的限制。但如果在總線中加上82B715總線遠程驅動器可以把總線電容限制擴展十倍，傳輸距離可增加到15m第四頁，共二十四頁。1.2I2C總線的硬件相關術語與典型電路I2C總線硬件相關術語主機（主控器）：在I2C總線中，提供時鐘信號，對總線時序進行控制的器件從機（被控器）：在I2C系統(tǒng)中，除主機外的其它設備均為從機地址：每個I2C器件都有自己的地址，以供自身在從機模式下使用發(fā)送器：發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件接收器：從總線接收數(shù)據(jù)的器件SDA（SerialDAta）：串行數(shù)據(jù)線SCL（SerialCLock）：串行時鐘線第五頁，共二十四頁。I2C總線的典型電路

下圖給出一個由MCU作為主機，通過I2C總線帶3個從機的單主機I2C總線系統(tǒng)。這是最常用、最典型的I2C總線連接方式

I2C總線的典型連接第六頁，共二十四頁。1.3I2C總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議概要I2C總線上數(shù)據(jù)的有效性

I2C總線以串行方式傳輸數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位開始傳送，每個數(shù)位在SCL上都有一個時鐘脈沖相對應。在一個時鐘周期內，當時鐘線高電平時，數(shù)據(jù)線上必須保持穩(wěn)定的邏輯電平狀態(tài)，高電平為數(shù)據(jù)1，低電平為數(shù)據(jù)0。當時鐘信號為低電平時，才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化I2C總線上數(shù)據(jù)的有效性第七頁，共二十四頁。I2C總線上的信號類型開始信號（START）：如下（圖1）當SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，產(chǎn)生開始信號。當總線空閑的時候（例如沒有主動設備在使用總線，即SDA和SCL都處于高電平），主機通過發(fā)送開始信號（START）建立通信停止信號（STOP）：如下（圖1）當SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平的跳變，產(chǎn)生停止信號。主機通過發(fā)送停止信號，結束時鐘信號和數(shù)據(jù)通信。SDA和SCL都將被復位為高電平狀態(tài)重新開始信號（RepeatedSTART）：在I2C總線上，由主機發(fā)送一個開始信號啟動一次通信后，在首次發(fā)送停止信號之前，主機通過發(fā)送重新開始信號，可以轉換與當前從機的通信模式，或是切換到與另一個從機通信。如下（圖1）所示，當SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，產(chǎn)生重新開始信號，它的本質就是一個開始信號第八頁，共二十四頁。圖1：開始、重新開始和停止信號第九頁，共二十四頁。應答信號（A）：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8位數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出的特定的低電平脈沖。每一個數(shù)據(jù)字節(jié)后面都要跟一位應答信號，表示已收到數(shù)據(jù)I2C總線的應答信號第十頁，共二十四頁。I2C總線上數(shù)據(jù)傳輸格式一般情況下，一個標準的I2C通信由四部分組成：開始信號、從機地址傳輸、數(shù)據(jù)傳輸和結束信號。I2C總線上傳送的每一個字節(jié)均為8位，首先發(fā)送的數(shù)據(jù)位為最高位，每傳送一個字節(jié)后都必須跟隨一個應答位，每次通信的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒有限制的；在全部數(shù)據(jù)傳送結束后，由主機發(fā)送停止信號，結束通信

I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸格式第十一頁，共二十四頁。I2C總線尋址約定為了消除I2C總線系統(tǒng)中主控器與被控器的地址選擇線，最大限度地簡化總線連接線，I2C總線采用了獨特的尋址約定，規(guī)定了起始信號后的第一個字節(jié)為尋址字節(jié)，用來尋址被控器件，并規(guī)定數(shù)據(jù)傳送方向。在I2C總線系統(tǒng)中，尋址字節(jié)由被控器的7位地址位（D7～D1位）和一位方向位（D0位）組成。方向位為0時，表示主控器將數(shù)據(jù)寫入被控器，為1時表示主控器從被控器讀取數(shù)據(jù)。主控器發(fā)送起始信號后，立即發(fā)送尋址字節(jié)，這時總線上的所有器件都將尋址字節(jié)中的7位地址與自己器件地址比較。如果兩者相同，則該器件認為被主控器尋址，并發(fā)送應答信號，被控器根據(jù)數(shù)據(jù)方向位（R/W）確定自身是作為發(fā)送器還是接收器。第十二頁，共二十四頁。1.4主機向從機讀/寫1個字節(jié)數(shù)據(jù)的過程主機向從機寫1個字節(jié)數(shù)據(jù)的過程

主機要向從機寫1個字節(jié)數(shù)據(jù)時，主機首先產(chǎn)生START信號，然后緊跟著發(fā)送一個從機地址，這個地址共有7位，緊接著的第8位是數(shù)據(jù)方向位（R/W），0表示主機發(fā)送數(shù)據(jù)（寫），1表示主機接收數(shù)據(jù)（讀），這時候主機等待從機的應答信號（ACK），當主機收到應答信號時，發(fā)送要訪問的地址，繼續(xù)等待從機的響應信號，當主機收到響應信號時，發(fā)送1個字節(jié)的數(shù)據(jù)，繼續(xù)等待從機的響應信號，當主機收到響應信號時，產(chǎn)生停止信號，結束傳送過程。主機向從機寫數(shù)據(jù)第十三頁，共二十四頁。主機從從機讀1個字節(jié)數(shù)據(jù)的過程

當主機要從從機讀1個字節(jié)數(shù)據(jù)時，主機首先產(chǎn)生START信號，然后緊跟著發(fā)送一個從機地址，注意此時該地址的第8位為0，表明是向從機寫命令，這時候主機等待從機的應答信號（ACK），當主機收到應答信號時，發(fā)送要訪問的地址，繼續(xù)等待從機的應答信號，當主機收到應答信號后，主機要改變通信模式，所以主機發(fā)送重新開始信號，然后緊跟著發(fā)送一個從機地址，注意此時該地址的第8位為1，表明將主機設置成接收模式開始讀取數(shù)據(jù)，這時主機等待從機的應答信號，當主機收到應答信號時，就可以接收1個字節(jié)的數(shù)據(jù)，當接收完成后，主機發(fā)送非應答信號，表示不再接收數(shù)據(jù)，主機進而產(chǎn)生停止信號，結束傳送過程。主機從從機讀數(shù)據(jù)第十四頁，共二十四頁。*AW60的I2C模塊寄存器

AW60的I2C模塊相關寄存器寄存器名稱縮寫地址訪問權限基本功能地址寄存器I2C1A0x00000058讀/寫設置從機地址分頻寄存器I2C1F0x00000059讀/寫設置I2C模塊的工作頻率等控制寄存器I2C1C0x0000005A讀/寫設置傳輸格式、中斷使能等狀態(tài)寄存器I2C1S0x0000005B讀/寫表明I2C模塊的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)I/O寄存器I2C1D0x0000005C讀/寫收發(fā)數(shù)據(jù)第十五頁，共二十四頁。I2C地址寄存器

I2C地址寄存器（I2CAddressRegister，I2C1A）D7～D1—ADR7～ADR1為MCU作為從機時的從機地址。當主機在I2C總線上發(fā)送從機地址尋址從機，MCU作為從機設備時，將該地址與I2C1A的高7位比較，查看自己是否被主機選中D0—保留位。該位是為了將來的兼容性而設置的保留位，讀出總是0。寫I2C1A時，D0位不使用數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)據(jù)地址0/不用復位00000000第十六頁，共二十四頁。I2C分頻寄存器

I2C分頻寄存器（I2CFrequencyDividerRegister，I2C1F）用于產(chǎn)生相應的分頻因子

I2C分頻寄存器的高2位MULT定義了增頻因子a，a和SCL的分頻因子配合使用，產(chǎn)生I2C波特率。當MULT為00、01、10時，a的值分別為1、2、4；MULT=11不使用I2C的低6位定義了I2C時鐘速率(ICR)，這6位用來定義SCL分頻因子b和SDA保持值，分頻因子b乘以增頻因子a的值用于產(chǎn)生I2C總線波特率，公式如下：I2C總線波特率=CPU總線頻率(Hz)/(a×b)SDA保持時間是從SCL線上時鐘的下降沿開始到SDA線上數(shù)據(jù)穩(wěn)定這段時間，SDA保持值就是用來計算SDA保持時間的，公式如下：SDA保持時間=CPU總線周期×SDA保持值數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0定義MULTICR復位00000000第十七頁，共二十四頁。ICR中不同的內容對應著不同的SCL分頻因子值和不同的SDA保持值，下面舉例說明I2C總線波特率和SDA保持時間計算方法設CPU總線頻率為8MHz，MULT設置為01(a=2)，要想得到100kbps的I2C總線波特率，則計算過程如下：根據(jù)公式：I2C總線波特率=CPU總線頻率(Hz)/(a×b)，將已知相應值帶入得：100000=8000000/(2×b)，b=40根據(jù)SCL分頻因子b的值，在表10-2中查找相應的ICR值和SDA保持值，可以看到，當b=40時，ICR=$07或$0B，而相應的SDA保持值=10或9根據(jù)公式：SDA保持時間=CPU總線周期×SDA保持值，算得：ICR=$07，SDA保持值=10時，SDA保持時間=1/8000000×10=1.25μsICR=$0B，SDA保持值=9時，SDA保持時間=1/8000000×9=1.125μs較長的SDA保持時間，會降低通信速率，但同時也增加了穩(wěn)定性，并且能延長設備間的通信距離。編程時應以通信的可靠性為原則，選擇合適的SDA保持時間來確定ICR值。如程序中選用SDA保持值=9，就能得到可靠的通信，那么將ICR設定為$0B即可；如果當SDA保持值=9時通信不穩(wěn)，就選擇另一個為10的值進行實驗，若通信仍不穩(wěn)定，在保持I2C總線頻率不變的前提下，可通過改變MULT位來調整SDA保持時間第十八頁，共二十四頁。I2C控制寄存器

I2C控制寄存器（I2CControlRegister，I2C1C）D7—I2CEN(I2CEnable)為I2C使能位D6—I2CIE(I2CInterruptEnable)為I2C中斷請求允許位D5—MST(MasterModeSelect)為主模式選擇位D4—TX(TransmitModeSelect)為發(fā)送模式選擇位D3—TXAK(TransmitAcknowledgeEnable)為發(fā)送應答使能位D2—RSTA(RepeatSTART)位，當MCU在主機模式下，向該位寫1，將產(chǎn)生一個重新開始信號。該位讀出時總是0D1～D0—讀I2C1C時，D1、D0位為0；寫I2C1C時，D1、D0位不使用數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0定義I2CENI2CIEMSTTXTXAK0/RSTA0/不用0/不用復位00000000第十九頁，共二十四頁。I2C狀態(tài)寄存器

I2C狀態(tài)寄存器（I2CStatusRegister，I2C1S）

D7—TCF(TransferCompleteFlag)為發(fā)送完成標志位D6—IAAS(AddressedasaSlave)為地址被選擇標志位D5—BUSY(BusBusy)為總線忙標志位D4—ARBL(ArbitrationLost)為仲裁丟失標志位D3—讀I2C1S時，D3位為0；寫I2C1S時，D3位不使用D2—SRW(SlaveRead/Write)為從機讀寫標志位D1—I2CIF(I2CInterruptFlag)為I2C中斷標志位。I2CIF位可讀可寫D0—RXAK(ReceiveAcknowledge)為接收應答標志位數(shù)據(jù)位D7D6D5D4D3D2D1D0讀TCFIAASBUSYARBL0SRWI2CIFRXAK寫未定義未定義未定義未定義未定義復位00000000第二十頁，共二十四頁。I2CI/O數(shù)據(jù)寄存器

I2CI/O數(shù)據(jù)寄存器（I2CDataI/ORegister，I2C1D）

在主機發(fā)送模式下，將數(shù)據(jù)寫入I2C1D就初始化了數(shù)據(jù)發(fā)送，先發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位。在主機接收模式下，讀該寄存器，準備接收從機發(fā)往總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)。該寄存器在MCU為從機模式時仍具有相同功能。值得注意的是，當MCU要從主接收模式變?yōu)橹靼l(fā)送模式時，應在從I2C1D寄存器讀取數(shù)