I2C总线协议详解

I2C总线定义I2C(Inter-IntegratedCircuit)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总线产生于在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.
例如管理员可对各个组件进行查询,以管理系统的配置或掌握组件的功能状态,如电源和系统风扇.
可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理.

I2C总线特点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.

I2C总线工作原理总线的构成及信号类型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.
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.

I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号,它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号.
开始信号:SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据.
结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据.
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.

这些信号中,起始信号是必需的,结束信号和应答信号,都可以不要.
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I2C总线是一种用于IC器件之间连接的双向二线制总线,所谓总线它上面可以挂多个器件,并且通过两根线连接,占用空间非常的小,总线的长度可长达25英尺,并且能够以10Kbps的最大传输速率支持4个组件.
它的另一优点是多主控,只要能够进行接收和发送的设备都可以成为主控制器,当然多个主控不能同一时间工作.
I2C总线有两根信号线,一根为SDA(数据线),一根为SCL(时钟线).
任何时候时钟信号都是由主控器件产生.

I2C总线操作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.

总线必须由主器件(通常为微控制器)控制,主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向,并产生起始和停止条件.
SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变,SCL为高电平的期间,SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件.

控制字节在起始条件之后,必须是器件的控制字节,其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同的定义,EEPROM一般应为1010),接着三位为片选,最后一位为读写位,当为1时为读操作,为0时为写操作.

写操作写操作分为字节写和页面写两种操作,对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同.

读操作读操作有三种基本操作:当前地址读、随机读和顺序读.
图4给出的是顺序读的时序图.
应当注意的是:最后一个读操作的第9个时钟周期不是"不关心".
为了结束读操作,主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件.

I2C总线应用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,三星的S3C24XX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.

举常I2C器件/I2CDevice1、存储器类:ATMEL公司的AT24CXX系列EEPROM;2、I2C总线8位并行IO口扩展芯片PCF8574/JLC1562;3、I2C接口实时时钟芯片DS1307/PCF8563/SD2000D/M41T80/ME901/ISL1208/;4、I2C数据采集ADC芯片MCP3221(12bitADC)/ADS1100(16bitADC)/ADS1112(16bitADC)/MAX1238(12bitADC)/MAX1239(12bitADC);5、I2C接口数模转换DAC芯片DAC5574(8bitDAC)/DAC6573(10bitDAC)/DAC8571(16bitDAC)/;6、I2C接口温度传感器TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625USB转I2C专用芯片:USB2I2CUSB2I2C是一个USB总线转I2C总线I2C/IIC/TWI/SMBUS的接口芯片,通过USB2I2C芯片可以非常方便地实现PC机USB总线和下位机端I2C接口(即IIC或TWI总线:SCL线、SDA线)之间的通信.
USB2I2C芯片上位机PC端提供简单易用的USBIOX.
DLL动态库调用,可以方便地被VB,VC,Delphi,Labview,BCB等上位机开发工具调用.
相关例程在USBIO公司网站可以找到.

USB2I2C功能特点:全速USB设备接口,兼容USBV2.
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外围元件简单,只需1个12M晶体和2个电容.
低成本,可以通过I2C总线直接实现上位机与下位机之间的连接,无需辅助MCU.

上位机软件能够实现灵活实现I2C/IIC/TWI总线协议的各种操作.
作为I2C总线Host/Master主机端.
I2C接口提供SCL和SDA信号线,支持SCL时钟4种不同传输速度:100KHz/400KHz/750KHz.