I2C串行总线的组成及工作原理PPT资料.ppt
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I2C串行总线的组成及工作原理PPT资料.ppt
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一根是数据线SDA,另,另一根是时钟线一根是时钟线SCL。
I2C总线通过上拉电阻接正电源。
当总线通过上拉电阻接正电源。
当总线空闲总线空闲时,两根线均时,两根线均为为高电平高电平。
连到总线上的任一器件输出的低电平,都将使总线。
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,即各器件的的信号变低,即各器件的SDA及及SCL都是线都是线“与与”关系关系。
每个接到每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。
主总线上的器件都有唯一的地址。
主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件,这时主机即为发送器。
由总线上据到其它器件,这时主机即为发送器。
由总线上接收数据的器件则为接收器接收数据的器件则为接收器。
在多主机系统中,可能同时有几个主机企图启在多主机系统中,可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。
为了避免混乱,动总线传送数据。
为了避免混乱,I2C总线要通总线要通过总线仲裁,以决定由哪一台主机控制总线。
过总线仲裁,以决定由哪一台主机控制总线。
在在80C51单片机应用系统的串行总线扩展中,单片机应用系统的串行总线扩展中,我们经常遇到的是以我们经常遇到的是以80C51单片机为主机,其它单片机为主机,其它接口器件为从机的单主机情况。
接口器件为从机的单主机情况。
一、数据位的有效性规定一、数据位的有效性规定I2C总线进行数据传送时,总线进行数据传送时,时钟信号为时钟信号为高电平期间高电平期间,数据数据线上的数据必须保持稳定线上的数据必须保持稳定,只有在,只有在时钟线上的信号为时钟线上的信号为低电平低电平期间期间,数据线上的高电平或低电平状态才,数据线上的高电平或低电平状态才允许变化允许变化。
8.1.28.1.2I2C总线的数据传送总线的数据传送二、起始和终止信号二、起始和终止信号SCL线为高电平期间,线为高电平期间,SDA线由高电平向低电线由高电平向低电平的变化表示起始信号;
平的变化表示起始信号;
SCL线为高电平期间,线为高电平期间,SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
起始和终止信号都是由主机发出的,起始和终止信号都是由主机发出的,在起始信号产生后,在起始信号产生后,总线就处于被占用的状态总线就处于被占用的状态;
在终止信号产生后,总线就处在终止信号产生后,总线就处于空闲状态于空闲状态。
连接到连接到I2C总线上的器件,若具有总线上的器件,若具有I2C总线的硬件接口,则总线的硬件接口,则很容易检测到起始和终止信号。
很容易检测到起始和终止信号。
接收器件收到一个完整的数据字节后,有可能需要完成接收器件收到一个完整的数据字节后,有可能需要完成一些其它工作,如处理内部中断服务等,可能无法立刻接收一些其它工作,如处理内部中断服务等,可能无法立刻接收下一个字节,这时下一个字节,这时接收器件可以将接收器件可以将SCL线拉成低电平,从而线拉成低电平,从而使主机处于等待状态使主机处于等待状态。
直到接收器件准备好接收下一个字节。
直到接收器件准备好接收下一个字节时,再释放时,再释放SCL线使之为高电平,从而使数据传送可以继续线使之为高电平,从而使数据传送可以继续进行。
进行。
三、数据传送格式三、数据传送格式
(1)字节传送与应答)字节传送与应答每一个字节必须保证是每一个字节必须保证是8位长度。
数据传送时,先传位长度。
数据传送时,先传送最高位(送最高位(MSB),每一个被传送的字节后面都必须跟),每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位(即一帧共有随一位应答位(即一帧共有9位)。
位)。
由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时(如从机由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时(如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据),正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据),它必须将数据线置于高电平,而由主机产生一个终止信号它必须将数据线置于高电平,而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。
以结束总线的数据传送。
如果从机对主机进行了应答,但在数据传送一段时间后如果从机对主机进行了应答,但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时,从机可以通过对无法接收的无法继续接收更多的数据时,从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的第一个数据字节的“非应答非应答”通知主机,主机则应发出终通知主机,主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。
止信号以结束数据的继续传送。
当主机接收数据时,它收到最后一个数据字节后,必须当主机接收数据时,它收到最后一个数据字节后,必须向从机发出一个结束传送的信号。
这个信号是由对从机的向从机发出一个结束传送的信号。
这个信号是由对从机的“非应答非应答”来实现的。
然后,从机释放来实现的。
然后,从机释放SDA线,以允许主线,以允许主机产生终止信号。
机产生终止信号。
(2)数据帧格式)数据帧格式I2C总线上传送的数据信号是广义的,既包括地址总线上传送的数据信号是广义的,既包括地址信号,又包括真正的数据信号。
信号,又包括真正的数据信号。
在总线的一次数据传送过程中,可以有以下几种在总线的一次数据传送过程中,可以有以下几种组合方式:
组合方式:
在起始信号后必须传送一个从机的地址(在起始信号后必须传送一个从机的地址(7位),位),第第8位是数据的传送方向位(位是数据的传送方向位(R/T),用),用“0”表示主表示主机发送数据(机发送数据(T),),“1”表示主机接收数据(表示主机接收数据(R)。
)。
每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。
但每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。
但是,若主机希望继续占用总线进行新的数据传送,是,若主机希望继续占用总线进行新的数据传送,则可以不产生终止信号,马上再次发出起始信号对则可以不产生终止信号,马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。
另一从机进行寻址。
a、主机向从机发送数据,数据传送方向在整、主机向从机发送数据,数据传送方向在整个传送过程中不变:
个传送过程中不变:
注:
有阴影部分表示数据由主机向从机传送,无阴影部分则注:
有阴影部分表示数据由主机向从机传送,无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。
表示数据由从机向主机传送。
A表示应答,表示应答,A非表示非应答(高电平)。
非表示非应答(高电平)。
S表示起始信号,表示起始信号,P表示终止信号。
表示终止信号。
b、主机在第一个字节后,立即从从机读数据、主机在第一个字节后,立即从从机读数据c、在传送过程中,当需要改变传送方向时,、在传送过程中,当需要改变传送方向时,起始信号和从机地址都被重复产生一次,但起始信号和从机地址都被重复产生一次,但两次读两次读/写方向位正好反相。
写方向位正好反相。
四、总线的寻址四、总线的寻址I2C总线协议有明确的规定:
采用总线协议有明确的规定:
采用7位的寻址字节位的寻址字节(寻址字节是起始信号后的第一个字节)。
(寻址字节是起始信号后的第一个字节)。
(1)寻址字节的位定义)寻址字节的位定义D7D1位组成从机的地址。
位组成从机的地址。
D0位是数据位是数据传送方向位,为传送方向位,为“0”时表示主机向从机写数时表示主机向从机写数据,为据,为“1”时表示主机由从机读数据。
时表示主机由从机读数据。
主机发送地址主机发送地址时,总线上的每个从机都将这时,总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较,如果相同,位地址码与自己的地址进行比较,如果相同,则认为自己正被主机寻址,根据则认为自己正被主机寻址,根据R/T位将自己位将自己确定为发送器或接收器确定为发送器或接收器。
从机的地址从机的地址由固定部分和可编程部分组成。
由固定部分和可编程部分组成。
在一个系统中可能希望接入多个相同的从机,在一个系统中可能希望接入多个相同的从机,从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。
如一个从机的器件的最大数目。
如一个从机的7位寻址位有位寻址位有4位是固定位,位是固定位,3位是可编程位,这时仅能寻址位是可编程位,这时仅能寻址8个同样的器件,即可以有个同样的器件,即可以有8个同样的器件接入个同样的器件接入到该到该I2C总线系统中总线系统中。
8.280C51单片机片机I2C串行总线器件的接口串行总线器件的接口一、典型信号模拟一、典型信号模拟为了保证数据传送的可靠性,标准的为了保证数据传送的可靠性,标准的I2C总线的数总线的数据传送有严格的时序要求。
据传送有严格的时序要求。
I2C总线的起始信号、终总线的起始信号、终止信号、发送止信号、发送“0”及发送及发送“1”的模拟时序的模拟时序:
8.2.18.2.1总线数据传送的模拟总线数据传送的模拟主机可以采用不带主机可以采用不带I2C总线接口的单片机,如总线接口的单片机,如80C51、AT89C2051等单片机,利用软件实现等单片机,利用软件实现I2C总线的数据传送,即软件与硬件结合的信号模拟。
总线的数据传送,即软件与硬件结合的信号模拟。
下面讲基于IIC的集AD与DA一体的PCF8591PCF8591单电源供电单电源供电工作电压:
工作电压:
2.5V6V待机电流低待机电流低I2C总线串行输入总线串行输入/输出输出通过通过3个硬件地址引脚编址个硬件地址引脚编址采样速率取决于采样速率取决于I2C总线速度总线速度4个模拟输入可编程为单端或差分输入个模拟输入可编程为单端或差分输入自动增量通道选择自动增量通道选择模拟电压范围:
模拟电压范围:
VSSVDD片上跟踪与保持电路片上跟踪与保持电路8位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换转换带一个模拟输出的乘法带一个模拟输出的乘法DAC1、概述、概述3、引脚图、引脚图AIN0AIN3:
模拟信号输入端。
:
A0A3:
引脚地址端。
VDD、VSS:
电源端。
(:
(2.56V)SDA、SCL:
I2C总线的数据线、时钟线。
总线的数据线、时钟线。
OSC:
外部时钟输入端,内部时钟输出端。
EXT:
内部、外部时钟选择线,使用内部时:
内部、外部时钟选择线,使用内部时钟时钟时EXT接地。
接地。
AGND:
模拟信号地。
PCF8591PCF8591是单片、单电源低功是单片、单电源低功耗耗8位位CMOS数据采集器件,具有数据采集器件,具有4个模拟输入、一个输出和一个串行个模拟输入、一个输出和一个串行I2C总线接口。
总线接口。
3个地址引脚个地址引脚A0、A1和和A2用于编程硬件地址,允许用于编程硬件地址,允许将最多将最多8个器件连接至个器件连接至I2C总线总线而不而不需要额外硬件。
器件的地址、控制需要额外硬件。
器件的地址、控制和数据通过两线双向和数据通过两线双向I2C总线传输。
总线传输。
器件功能包括多路复用模拟输器件功能包括多路复用模拟
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