一、前言

I2C總線是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。

二、I2C總線開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)需要注意點(diǎn)

1、總線容量及驅(qū)動(dòng)能力

I2C總線的外圍擴(kuò)展器件都是CMOS器件，總線有足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力，因此總線上擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)數(shù)不由電流負(fù)載能力決定，而由電容負(fù)載確定。

總線上每個(gè)實(shí)際節(jié)點(diǎn)器件的總線接口都有一定的等效電容，等效電容的存在會(huì)造成總線傳輸?shù)难舆t，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。

通常總線負(fù)載能力為400pF，通常各個(gè)I2C器件都會(huì)有它自己的電容值，一般為不大于20pF，通據(jù)此可計(jì)算出總線長(zhǎng)度及節(jié)點(diǎn)數(shù)目的限制數(shù)量。總線上的每個(gè)外圍器件都有一個(gè)器件地址，因此總線上擴(kuò)展外圍器件時(shí)也要受器件地址限制。

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2、I2C總線的電氣結(jié)構(gòu)

I2C總線為雙向同步串行總線，因此I2C總線接口內(nèi)部為雙向傳輸電路，如圖.所示。總線端口輸出為開(kāi)漏結(jié)構(gòu)，故總線上必須有上拉電阻，上拉電阻與電源電壓、SDA、SCL以及總線串接電阻有關(guān)，可參考有關(guān)數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行選擇，通常可選4.7K到10K。

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3、每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)固定的節(jié)點(diǎn)地址。I2C總線為雙向同步串行總線，因此總線上的單片機(jī)都可以成為主節(jié)點(diǎn)，其器件地址由軟件給定，存放在總線的地址寄存器件中，稱(chēng)為主器件的從地址。在總線的多主系統(tǒng)中，單片機(jī)作為從節(jié)點(diǎn)時(shí)，其從地址才有意義，所以總線上所有的外圍器件都有規(guī)范的器件地址。

4、I2C總線時(shí)序

I2C總線上數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，總線上傳送的每一幀數(shù)據(jù)均為一個(gè)字節(jié)。但啟動(dòng)總線后，傳送的字節(jié)數(shù)沒(méi)有限制，只要求每傳送一個(gè)字節(jié)后，對(duì)方回應(yīng)一個(gè)應(yīng)答位。在發(fā)送時(shí)，首先發(fā)送的是數(shù)據(jù)的最高位。每次傳送開(kāi)始有起始信號(hào)，結(jié)束時(shí)有停止信號(hào)。在總線傳送完一個(gè)字節(jié)后，可以通過(guò)對(duì)時(shí)鐘線的控制使傳送暫停。

①時(shí)鐘和數(shù)據(jù)發(fā)送：

SDA引腳通常使用外部設(shè)備拉高。SDA引腳上的數(shù)據(jù)只能在SCL為低電平時(shí)進(jìn)行更改，SCL為高電平時(shí)數(shù)據(jù)更改將指示開(kāi)始或停止條件。如圖所示。

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②起止條件：

SDA由高到低且SCL為高是啟動(dòng)條件，必須先于任何其他命令。SDA由低到高且SCL為高是停止條件，在一個(gè)讀序列后，停止命令會(huì)使EEPROM進(jìn)入待機(jī)模式。如圖所示。

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③應(yīng)答：

所有地址和數(shù)據(jù)字均以8bit字連續(xù)傳輸?shù)紼EPROM，EEPROM發(fā)送一個(gè)"0"來(lái)應(yīng)答，以確認(rèn)它已收到每個(gè)字。應(yīng)答發(fā)生在第九個(gè)時(shí)鐘周期如圖所示。

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三、設(shè)計(jì)實(shí)例

我們對(duì)于AT24C256肯定不會(huì)陌生，這是ATMEL公司256kbit串行電可擦的可編程只讀存儲(chǔ)器，8引腳雙排直插式封裝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接4片該IC，特別適用于具有高容量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

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EEPROM存儲(chǔ)器設(shè)備既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)掛接在總線上的器件都有唯一一個(gè)地址識(shí)別。

主機(jī)訪問(wèn)EEPROM時(shí)，主機(jī)在向EEPROM發(fā)送完控制字節(jié)和地址信息后，緊接著向EEPROM存儲(chǔ)器發(fā)送起始條件和控制信號(hào)并發(fā)送讀標(biāo)志位信號(hào)，切換數(shù)據(jù)的收發(fā)方向。接著在收到EEPROM的響應(yīng)信號(hào)后便可以讀出需要的數(shù)據(jù)了。

四、總結(jié)

通過(guò)以上實(shí)例，我們可以知道I2C優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1、簡(jiǎn)化了硬件電路。在這種總線中只需要兩根線，即串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行的時(shí)鐘線(SCL)。

2、每個(gè)掛在總線上的I2C器件都有一個(gè)唯一的地址，并可以通過(guò)軟件尋址。

3、因?yàn)樵诳偩€上可能有多個(gè)主I2C器件，因此I2C總線接口協(xié)議中有沖突監(jiān)測(cè)和仲裁機(jī)制，以防止通信中的數(shù)據(jù)丟失或發(fā)生錯(cuò)誤。

4、這種串行的兩線雙向的總線在標(biāo)準(zhǔn)模式下的速率為100kbit/s，在快速模式下的速率為400kbit/s，在高速模式下為3/4Mbit/s。

5、I2C器件中有濾波抗擾措施來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性。

6、在總線上掛接的器件數(shù)目是有限的，即總線上的容抗不能超過(guò)400pF。