第八講 IIC總線及應(yīng)用

第八講IIC總線及應(yīng)用1主要內(nèi)容總線的基本概念1IIC串行總線的組成及工作原理2實(shí)例1總線的作用類似大橋南京長(zhǎng)江大橋是多少車道？南京長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)日車流量為1.2萬(wàn)輛，實(shí)際車流量每日6萬(wàn)以上，高峰期甚至高達(dá)80000輛之多？大橋受損嚴(yán)重，急需管理。南京長(zhǎng)江大橋近期常堵車，你有什么好方案？總線是什么？總線(bus)是多個(gè)部件分時(shí)共享公共信息的一組信號(hào)線的集合。共享：多個(gè)部件之間都可以通過(guò)總線來(lái)傳輸信息分時(shí)：某一時(shí)刻只能某兩個(gè)部件之間傳輸信息

相似點(diǎn)南京長(zhǎng)江大橋總線基本功能連接連接帶寬N個(gè)車道N根數(shù)據(jù)線速度車流量信號(hào)傳輸速度堵塞解決策略限流等。。。。。?？偩€的類型總線片內(nèi)總線（局部總線）

芯片級(jí)的互連內(nèi)部總線（系統(tǒng)總線）系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接外部總線（通信總線）系統(tǒng)間的互連按連接范圍分總線并行總線串行總線按帶寬分總線標(biāo)準(zhǔn)

總線標(biāo)準(zhǔn)一般包括硬件和軟件兩方面的內(nèi)容。硬件信號(hào)線定義、時(shí)鐘頻率、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、仲裁及配置、電氣規(guī)范、機(jī)械規(guī)范等方面的內(nèi)容。軟件總線協(xié)議、驅(qū)動(dòng)程序和管理程序等。I2C串行總線的組成及工作原理I2C（InterICBUS）總線由PHILIPS公司推出，在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用。它是同步通信的一種特殊形式，具有雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）、具有總線仲裁機(jī)制的特點(diǎn)，非常適合在器件之間進(jìn)行近距離、非經(jīng)常性的數(shù)據(jù)通信。。如果用通用IO口模擬I2C總線，并實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，則需一個(gè)輸入輸出口(SDA)，另外還需一個(gè)輸出口(SCL)。

簡(jiǎn)介I2C總線硬件結(jié)構(gòu)圖

SCL:時(shí)鐘線SDA:數(shù)據(jù)線I2C總線接口電路通信過(guò)程主機(jī)起動(dòng)總線發(fā)送一地址幀，并指明操作類型（讀或?qū)懀┫鄳?yīng)從機(jī)應(yīng)答發(fā)送數(shù)據(jù)每一幀的應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送完畢后，主機(jī)發(fā)送停止總線信號(hào)起始和終止信號(hào)

SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)總線的尋址

I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。尋址字節(jié)的位定義D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。

從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。應(yīng)答

每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（含地址及命令字），都要有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，以確定數(shù)據(jù)是否被對(duì)方收到。應(yīng)答信號(hào)由接收設(shè)備產(chǎn)生。

由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。

如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。

當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸追N組合方式a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送;

無(wú)陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答A非表示非應(yīng)答S表示起始信號(hào)P表示終止信號(hào)。b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即從從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。總線仲單主機(jī)時(shí)，由該主機(jī)控制時(shí)鐘線SCL。在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)SCL為高電平時(shí)，仲裁在SDA線發(fā)生；在其他主機(jī)發(fā)送低電平時(shí)，發(fā)送高電平的主機(jī)將斷開它的數(shù)據(jù)輸出，因?yàn)榭偩€上的電平與它自己的不同。仲裁可以持續(xù)多位，它的第一個(gè)階段是比較地址位，如果多個(gè)主機(jī)尋址相同的器件，仲裁會(huì)繼續(xù)比較數(shù)據(jù)位。AT24C02與單片機(jī)的通信實(shí)例AT24C02簡(jiǎn)介AT24C02AT24C02引腳圖

具有IIC總線接口的EEPROM有多個(gè)廠家的多種類型產(chǎn)品，這里以ATMEL公司的為例。A0、A1、A2可編程地址輸入端GND：電源地SDA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端SCL：串行時(shí)鐘輸入端WP：寫保護(hù)輸入端VCC：電源正端寫入過(guò)程AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電平后得到確定的3位編碼。形成的7位編碼即為該器件的地址碼。單片機(jī)進(jìn)行寫操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（共8位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為相應(yīng)，單片機(jī)收到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。

傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫入器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。

AT24C系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加1，在芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”（不同芯片字節(jié)數(shù)不同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過(guò)芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”時(shí)，數(shù)據(jù)地址將“上卷”，前面的數(shù)據(jù)將被覆蓋。

當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束寫入操作。寫入n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：讀出過(guò)程單片機(jī)先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（“偽寫”），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為回應(yīng)。單片機(jī)再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到應(yīng)答后，單片機(jī)要重復(fù)一次起始信號(hào)并發(fā)出器件地址和讀方向位（“1”），收到器件應(yīng)答后就可以讀出數(shù)據(jù)字節(jié)，每讀出一個(gè)字節(jié)，單片機(jī)都要回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)讀完后，單片機(jī)應(yīng)返回以“非應(yīng)答”（高電平），并發(fā)出終