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I2C原理总结

2017年05月19日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2606字 ⁄ 字号 评论关闭

一):I2C必须知道的术语:

Transmitter :The device which sends data to the bus。
发送端:该设备发送数据到总线上
Receiver: The device which receives data from the bus
接收端:该设备从总线上接收数据
Master :The device which initiates a transfer,generates clock signals and terminates a transfer

主设备:该设备开始一个传输,生成时钟信号和终止一个传输。
Slave :The device addressed by a master
从设备:被主设备寻址的器件。
(单主设备只要知道上面的就行了,注:一个CPU外挂一个I2C的RTC,和一个I2C的EEPROM的系统也是一个单主设备。标准I2C允许多主机器件在总线上达成,连接多于一个微控制器到I2C 总线,可能性意味着超过一个主机可以同时尝试初始化传输数据。为了避免由此产生混乱,发展出一个仲裁过程。就有下面的名词)

Multi-master: More than one master can attempt to control the bus at the same time without corrupting the message。

Arbitration : Procedure to ensure that, if more than one master simultaneously tries to control the bus, only one is allowed to do so and the winning message is not corrupted。

Synchronization :Procedure to synchronize the clock signals of two or more devices。

二)I2C的数据传输速率(由芯唐科技提供的NUC系列资料得知):
总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s 在快速模式下可达400kbit/s 在高速模式,直至 1.0 Mbit/s 的增强高速模式。
三)明白I2C总线何时可以传输,如何启动一次数据传输:

image

当I2C总线处于空闲状态下,说明没有主机对总线发起传输请求(SCL 和SDA线同时为高),主机可以对总线发出起始信号。起始信号,通常表示为S-bit, 当SCL线为高时,SDA线上信号由高至低,标示总线上产生起始信号,新的传输开始。(注:当SCL为低电平时,SDA上的状态可以改变,当SCL为高电平时,SDA上的状态必须保持。如果改变,则对应了一个起始和结束状)

重复起始信号 (Sr) 。如果产生重复起始Sr 条件而不产生停止条件,总线会一直处于忙的状态。此时的起始条件S和重复起始Sr 条件在功能上是一样的.
四)标准I2C传输协议(就是CPU读或写一次I2C器件数据传输过程):
通常标准I2C传输协议包含四个部分
1) 起始信号或重复起始信号
2) 从机地址传输
3) 数据传输
4) 停止信号
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(注意上图总共的Sr表示:重复起始信号,MSB在起始位后面表示是高位先发送,MSB:最高位)
知道了I2C传输协议的4大部分,下面先单独介绍其中第2部分(数据传输):
A)主机向从机“写”数据,过程是这样的:主机先向从机发送地址,然后写数据,这个过程传输方向未改变。
image

(注:由上图得出要明白以下信息:


上图的灰色和白色表示含义;

其中“acknowledge”表示应答信号;

masterA = acknowledge (SDA low) “低电平”表示有应答; /A = not acknowledge (SDA high)“高电平”表示无应答)


B)主机从从机“读”数据,过程是这样的:主机先向从机发送地址,然后从从机中读数据,这个过程传输方向发生改变。
image

(有上面两个图要明白以下信息:

地址传输:第一个字节的头7 位组成了从机地址,当发送了一个地址后,系统中的每个器件都在起始条件后将头7 位与它自己的地址比较,如果一样器件会认为它被主机寻址,从而当SCL第9个时钟沿时,在SDA上发出低信号作为应答。至于是从机接收还是从机发送,由RW位决定

数据传输:当从机地址被成功识别,就可以根据RW所决定的方向,开始一字节以字节的数据传输,每字节最后带一个响应信号,如果从机上产生无响应信号(NACK), 主机产生停止信号,或者产生重复起始信号开始新一轮的数据传输。当主机作为接收器件时,发生无响应信号(NACK) ,从机释放SDA线,使主机产停止信号或重复起始信号.


五)I2C程序控制:下面主要通过模拟I2C方式控制,(因为很多cpu都有I2C内部控制模块,传输操作也都是对寄存器的读写操作,不方便理解I2C传输过程,这里特用模拟的方式控制更容易理解I2C通讯过程)


1)如果要启动I2C总线,当SCL为高电平时使SDA产生一个负跳变,可以利用下面的类似函数:
void I2C_Start(void)
{
SDA=1;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SDA=0;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}
2)如果要终止I2C总线,当SCL为高电平时使SDA产生一个正跳变,可以利用下面的类似函数
void I2C_Stop(void)
{

SDA=0;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SDA=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}
3)如果要传输一个bit位:注意下图
image

(注:当SCL为低电平时,SDA上的状态可以改变,当SCL为高电平时,SDA上的状态必须保持。如果改变,则对应了一个起始和结束状)
(低位时)发送0,在SCL为高电平时使SDA信号为低
void SEND_0(void) /* SEND ACK */
{
SDA=0; /*由I2C_Start( )函数知:开始命令启动后,SCL都是0,所以这里改变SDA值不会对应起始或结束命令*/
SCL=1;/*这里和下面3句目的产生一个下降沿,通知从机接收数据,注意电平的改变要添加一定的延时*/
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}
(高位时)发送1,在SCL为高电平时使SDA信号为高
void SEND_1(void)
{
SDA=1;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}

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