I2C原理及应用实例

I²C(Inter－Integrated Circuit)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。
1 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。
2 I²C总线工作原理
2.1 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为低电平时，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。
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。
3 总线基本操作
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。参见图1。

图1 串行总线上的数据传送顺序

3.1 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。如图2所示。

图2 控制字节配置

3.2 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。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序参见图3。

图3 页面写

3.3 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。

图4 顺序读

4 实例：X24C04与MCS-51单片机软硬件的实现
X24C04是XICOR公司的CMOS 4096位串行EEPROM，内部组织成512×8位。16字节页面写。与MCS-51单片机接口如图5所示。由于SDA是漏极开路输出，且可以与任何数目的漏极开路或集电极开路输出“线或”（wire-Ored）连接。上拉电阻的选择可参考X24C04的数据手册。下面是通过I²C接口对X24C04进行单字节写操作的例程。流程图及源程序如下：

图5 X24C04与51单片机接口

；名称：BSENT
；描述：写字节
；功能：写一个字节
；调用程序：无
；输入参数：A
；输出参数：无
BSEND: MOV R2,#08H ；1字节8位
SENDA: CLR P3.2    ；
RLC A              ；左移一位
MOV P3.3,C         ；写一位
SETB P3.2
DJNZ R2,SENDA      ；写完8个字节？
CLR P3.2           ；应答信号
SETB P3.3
SETB P3.2
RET

图6 流程图

5 结束语
在I²C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 :
1）严格按照时序图的要求进行操作，
2）若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。
3）程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。
4）为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。

引文来源 I2C原理 -- ddllxxrr's Blog

I2C原理及应用实例相关推荐

强化学习（八） - 深度Q学习(Deep Q-learning, DQL,DQN)原理及相关实例
深度Q学习原理及相关实例 8. 深度Q学习 8.1 经验回放 8.2 目标网络 8.3 相关算法 8.4 训练算法 8.5 深度Q学习实例 8.5.1 主程序程序注释 8.5.2 DQN模型构建程序 ...
Pacbio HiFi技术原理与应用软件实例
Pacbio HiFi技术原理与应用软件实例原创生信技术生信技术 2021-06-07 13:02 收录于话题 #基因组组装3个内容 #生物信息3个内容 #生信技术3个内容点击上方蓝字关注我们 ...
I2C原理及特性总结
第一次写博客好激动,以下均为自学所悟,如有不对的地方,大家多多指教以下为正文 I2C 原理及特性总结 I2C总线是由Philips公司开发的一种简单.双向二线制同步串行总线.它只需要两根线即可在连接 ...
Adaboost算法原理分析和实例+代码（简明易懂）
Adaboost算法原理分析和实例+代码(简明易懂) [尊重原创,转载请注明出处] http://blog.csdn.net/guyuealian/article/details/70995333 ...
python实现dos攻击_dos攻击原理及攻击实例
DoS是Denial of Service的简称,即拒绝服务,造成DoS的攻击行为被称为DoS攻击,其目的是使计算机或网络无法提供正常的服务.最常见的DoS攻击有计算机网络带宽攻击和连通性攻击. Do ...
PHP中对数组进行分页处理的原理及分页实例
PHP中对数组进行分页处理的原理及分页实例最近用到了用数组数据分页,所以就整理了一下,希望能对大家有用! <?php class PaginationArray{ public $pag ...
断点续传的原理剖析与实例讲解
断点续传的原理剖析与实例讲解本文所要讲的是Android断点续传的内容,以实例的形式进行了详细介绍. 一.断点续传的原理其实断点续传的原理很简单,就是在http的请求上和一般的下载有所不同而已. ...
PHP的分页原理和简单实例
最新PHP的分页原理和简单实例以下是三零网为大家整理的最新PHP的分页原理和简单实例的文章,希望大家能够喜欢! 1.前言分页显示是一种非常常见的浏览和显示大量数据的方法,属于web编程中最常处理的 ...
【编程实践】Raft 算法的原理 go代码实例
文章目录 Raft 算法的原理 & go代码实例 Raft 算法的原理使用 Go 语言实现的简单 Raft 算法示例 Raft 算法的原理 & go代码实例 Raft 算法的原理 R ...

I2C原理及应用实例

I2C原理及应用实例相关推荐

最新文章

热门文章