IIC总线简介

I

2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送数据，并根据地址识别每个器件：不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。I2C能用于替代标准的并行总线，能连接各种集成电路和功能模块。支持IIC的设备有微控制器、ADC、DAC、储存器、LCD控制器、LED驱动器以及实时时钟等。采用I2C总线标准的单片机或IC器件，其内部不仅有I2C接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进检测，从而实现对硬件系统简单而灵活的扩展与控制。I2C总线接口电路结构如下图所示：

IIC总线接口特性

1.单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线，如的TXD和RXD，而I2C总线则根据器件的功能通过软件程序使其可工作于发送或接收方式。

2.当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器(也叫主器件)，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器(也叫从器件)。

3.主器件用于启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。I2C总线的控制完全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数据决定。

4.总线上主和从(即发送和接收)的关系不是一成不变的，而是取决于此时数据传送的方向。

5.I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，快速方式下最高传送速率400kbit/s。

6.在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开始低电平期。

7.当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。

8.在I2C总线技术规范中，开始和结束信号(也称启动和停止信号)的定义如下图所示。

9.当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号;

10.当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。

11.开始和结束信号都是由主器件产生。

12.在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态;在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲的。

IIC总线数据传送格式

1.在I2C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的。

(1)其中前7位为地址码;

(2)第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件;方向位为“1”表示主器件将从从器件读信息。

2.在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位(第9位)，也叫应答位(ACK);

为了完成一个字节的传输，接收方应该向发送方发送一个ACK位。ACK应该发生在SCL线的第九个脉冲期间。当接受到ACK信号时，发送方应该释放SDA线使SDA线电平为高。接收方应该驱动SDA线为低在ACK脉冲过程中。因此，在第九个SCL脉冲的高电平期间SDA保持为低(因为信号是“与”的)。ACK的传输可以由软件通过IICSTAT寄存器控制是否禁止，但它仍然是需要产生的。

IIC总线数据传送过程

1.每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会做出响应，即释放SCL线返回高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。

2.如果从器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时，(例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理完之前就不能接收I2C总线上的数据字节)可以使时钟SCL线保持低电平，从器件必须使SDA保持高电平，此时主器件产生1个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器件处理完毕时将释放SCL线，主器件继续传送

读写操作

在发送模式下，当一个数据传输时，IIC总线接口将等待直到IICDS寄存器收到一个新数据。在一个新数据写入IICDS寄存器前，SCL信号将保持为低。在数据被写入之后，信号线被释放(为高)。ARM需要保持中断信号来辨别当前数据发送完成。在ARM接到一个中断请求后，它将写一个新的数据到IICDS。

在接收模式下，当一个数据接收时，IIC总线接口将等待直到IICDS寄存器数据被读出。在新数据被读出之前，SCL信号保持为低。在数据被读出后，信号线被释放(为高)。ARM应保持中断信号以辨别接收数据操作完成。在ARM收到一个中断请求时，它将从IICDS读出数据。

IIC总线竞争和仲裁机制

1.总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情

况。

2.I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞争进行仲裁。

3.其仲裁原则为：当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，

而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将

自动关闭其输出级。

IIC总线工作流程

开始：信号表明传输开始。

地址：主设备发送地址信息，包含7位的从设备地址和1位的指示位(表明读或者写，即数据流的方向)。

数据：根据指示位，数据在主设备和从设备之间传输。数据一般以8位传输，最重要的位放在前面;具体能传输多少量的数据并没有限制。接收器上用一位的ACK表明每一个字节都收到了。传输可以被终止和重新开始。

停止：信号结束传输。

S3C2410的IIC总线控制器

S3C2410处理器提供了一个I2C串行总线，包括一个专门的串行数据线和串行时

钟线。它的操作模式有四种：

1.主设备发送模式

2.主设备接收模式

3.从设备发送模式

4.从设备接收模式

下图为S3C2410的IIC功能框图:

发送和接收步骤

在任何IIC Tx/Rx操作之前，下面的步骤必须被执行

1.如果需要的话，向IICADD寄存器写从器件地址

2.设置IICCON寄存器

a)允许中断

b)定义SCL的时钟周期

3.设置IICSTAT来允许串行输出

IIC总线控制相关寄存器

IIC总线控制寄存器(IICCON)

Register

Address

R/W

Description

Reset

Value

IICCON

0x54000000

R/W

总线控制寄存器

0x0X

IICCON

Bit

Description

InitialState

Acknowledge generation

(note 1)

[7]

IIC总线确认位使能

0 =禁止, 1 =使能

在Tx模式，IICSDA在确认时间内是任意的，在Rx模式中= IICSDA在确认时间内是低

0

Tx clock source

selection

[6]

IIC总线传输时间对于资源时间的分频位

0 = IICCLK = fPCLK

/16

1 = IICCLK = fPCLK

/512

0

Tx/Rx Interrupt (note

5)

[5]

IIC总线Tx/Rx中断使能/禁止位

0 = Disable, 1 =

Enable

0

Interrupt pending flag

(note 2), (note 3)

[4]

IIC总线Tx/Rx中断未决标志位.

该位不能被写为1，当该位读为1的时候，IICSCL信号为低并且IIC停止，要恢复操作，只需将该位清零

0 = 1)没有中断未决(读)2)清除未决状态&恢复操作(写).

1 = 1)中断未决(读)2)

N/A (写)

0

Transmit clock value (note

4)

[3:0]

IIC总线传输时钟预分频IIC总线传输时钟频率由这个四位的值决定，由下列公式决定

Tx clock

=IICCLK/(IICCON[3:0]+1).

未定义

注意：

1．下面的几种情况将产生一个IIC中断：

1)

当一个字节传输或接受操作完成的时;

2)

一个普通调用或一个从地址匹配产生时;

3)

总线仲裁失败时;

2.为了在IISSCL信号的上升沿之前调整IICSDA的设置时间，IICDS必须要在IIC的中断位清零之前写入。

3．IICLK由IICCON[6]决定;

Tx时钟会因为SCL时间的转换而改变

IIC状态寄存器(IICSTAT)

Register

Address

R/W

Description

Reset

Value

IICSTAT

0x54000004

R/W

IIC总线状态寄存器

0x0

IICSTAT

Bit

Description

InitialState

Mode selection

[7:6]

IIC总线主/从Tx/Rx模式选择位.

00:从设备接受模式01:从设备发送模式

10:主设备接受模式11:主设备发送模式

00

Busy signal status / START

STOP condition

[5]

IIC总线忙信号状态位

0 =读)空闲写) STOP信号产生

1 =读)忙写) START信号产生.

IICDS中的数据在START信号后自动传输

Serial output

[4]

IIC总线数据输出使能/禁止位

0 =禁止Rx/Tx,1

=使能Rx/Tx

0

Arbitration status

flag

[3]

IIC总线过程仲裁状态位

0 =总线仲裁成功

1 =在连续I/O中总线仲裁失败

0

Address-as-slave status

flag

[2]

IIC总线从地址状态标志位.

0 =当START/STOP信号探测到时清零

1 =接收到的slave地址匹配IICADD的值

0

Address zero status

flag

[1]

IIC总线地址零状态标志位

0 =当START/STOP信号探测到时清零.

1 =接收到的从地址为00000000b.

0

Last-received bit status

flag

[0]

IIC总线IIC-bus上一次接收到的状态标志位.

0 =上一次接收到的位是0 (ACK was

received).

1 =上一次接收到的位是1 (ACK was not

received).

0

地址寄存器(IICADD)

Register

Address

R/W

Description

Reset Value

IICADD

0x54000008

R/W

IIC总线地址寄存器

0xXX

IICADD

Bit

Description

InitialState

Slave address

[7:0]

7位从地址,从IIC总线中锁存

XXXXXXXX

当IICSTAT串行输出允许为0，IICADD为写允许的时候

IICADD的值可以在任何时候被读取,而不用管当前串行

输出允许位(IICSTAT)的设置

从地址=

[7:1]

Not mapped = [0]

移位数据寄存器(IICDS)

Register

Address

R/W

Description

Reset Value

IICDS

0x5400000C

R/W

IIC总线移位数据寄存器

0xXX

IICDS

Bit

Description

InitialState

Data shift

[7:0]

IIC总线Tx/Rx操作的8位移位寄存器

XXXXXXXX

当IICSTAT串行输出允许为1，IICADD为写允许的时候

IICDS的值可以在任何时候被读取,而不用管当前串行输

出允许位(IICSTAT)的设置.

源代码：

#include

#include "2440addr.h"

#include "2440lib.h"

#include "def.h"

#define

WRDATA (1)

#define

POLLACK (2)

#define

RDDATA (3)

#define SETRDADDR (4)

#define

IICBUFSIZE 0x20

static U8 iicData[IICBUFSIZE];

static volatile int iicDataCount;

static volatile int iicStatus;

static volatile int iicMode;

static int iicPt;

void Wr24C02(U32 slvAddr,U32 addr,U8

data); void Rd24C02(U32 slvAddr,U32 addr,U8

*data);

void

IicPoll(void);

void Run_IicPoll(void);

void Main(void)

{

unsigned int i,j;

static U8

data[256]; //用于存储AT24C02读出的数据

SelectFclk(2); //设置系统时钟

400M ChangeClockDivider(2,

1); //设置分频 1：4：8

CalcBusClk(); //计算总线频率

rGPHCON

&=~((3<<4)|(3<<6)); rGPHCON

|=(2<<4)|(2<<6); //GPH2--TXD[0];GPH3--RXD[0] rGPHUP=0x00; //使能上拉功能

Uart_Init(0,115200);

Uart_Select(0);

Uart_Printf("[ IIC Test(Polling) using AT24C020

]\n");

rGPEUP |=

0xc000; //关上拉

rGPECON &= ~0xf0000000;

rGPECON |=

0xa0000000; //GPE15:IICSDA ,

GPE14:IICSCL

//使能应答, IIC总线时钟IICCLK=PCLK/16, 使能中断,

发送时钟IICCLK/16

rIICCON =

(1<<7) |

(0<<6) |

(1<<5) | (0xf);

rIICADD =

0x10; //2440 从机地址 = [7:1]

rIICSTAT =

0x10; //IIC总线数据输出使能(Rx/Tx)

Uart_Printf("Write test data into

AT24C02\n");

for(i=0;i<256;i++)

Wr24C02(0xa0,(U8)i,i);//写入数据到AT24C02

for(i=0;i<256;i++) //数组数据清零

data[i] = 0;

Uart_Printf("Read test data from

AT24C02\n");

for(i=0;i<256;i++)

Rd24C02(0xa0,(U8)i,&(data[i]));//读取AT24C02的数据放入data数组中

for(i=0;i<16;i++)

{

for(j=0;j<16;j++)

Uart_Printf("%2x

",data[i*16+j]); //打印从AT24C02读出的数据

Uart_Printf("\n");

}  }

void Wr24C02(U32 slvAddr,U32 addr,U8 data) // slvAddr

为从地址

{ //addr为字节地址，data为写入的数据

iicMode = WRDATA; //写数据模式 iicPt = 0;

iicData[0] =

(U8)addr;

iicData[1] =

data;

iicDataCount = 2;

//根据AT24C02字节写的发式，要写从地址和字节地址

rIICDS =

slvAddr; //把0xa0地址写入到数据移位寄存器IICDS

//Master Tx mode, Start(Write), IIC-bus data

output enable

//Bus arbitration sucessful, Address as slave

status flag Cleared,

//Address zero status flag cleared, Last received

bit is 0

rIICSTAT = 0xf0;

// //Clearing the pending bit isn't needed because

the pending bit has been cleared.

while(iicDataCount!=-1)

Run_IicPoll();

iicMode = POLLACK;

while(1)

{

rIICDS = slvAddr;

iicStatus =

0x100; //To check if _iicStatus is changed

rIICSTAT =

0xf0; //Master Tx, Start, Output Enable, Sucessful, Cleared, Cleared,

0

rIICCON =

0xaf; //Resumes IIC operation.

while(iicStatus==0x100) Run_IicPoll();

if(!(iicStatus

& 0x1))

break; //When ACK is received

}

rIICSTAT =

0xd0; //Master Tx condition, Stop(Write), Output Enable

rIICCON =

0xaf; //Resumes IIC operation.

Delay(1); //Wait until stop condtion is in effect.

//Write is completed.

}

//************************[ _Rd24C02

]********************************

void Rd24C02(U32 slvAddr,U32 addr,U8 *data)

{

iicMode = SETRDADDR; //设置要从从机读取数据的从地址

iicPt = 0;

iicData[0] =

(U8)addr;

iicDataCount =

1; //写从地址

rIICDS =

slvAddr;

rIICSTAT =

0xf0; //MasTx,Start //Clearing the pending bit isn't needed because

the pending bit has been cleared.

while(iicDataCount!=-1)

Run_IicPoll();

iicMode = RDDATA; //读数据模式

iicPt = 0;

iicDataCount = 1; //

rIICDS =

slvAddr;

rIICSTAT =

0xb0; //Master Rx,Start

rIICCON =

0xaf; //Resumes IIC operation. while(iicDataCount!=-1)

Run_IicPoll();

*data = iicData[1];

}

void Run_IicPoll(void)

{

if(rIICCON &

0x10) // Tx/Rx 中断使能

IicPoll();

} void IicPoll(void)

{

U32 iicSt,i;

iicSt = rIICSTAT;

//ICC状态寄存器

if(iicSt &

0x8){} //总线仲裁失败 if(iicSt &

0x4){} //从地址与ICCADD地址匹配

if(iicSt &

0x2){} //从地址为00000000b if(iicSt &

0x1){} //未收到ACK

switch(iicMode)

{

case POLLACK:

iicStatus =

iicSt;

break;

case

RDDATA: //从从机中读取数据

if((iicDataCount--)==0)

{

iicData[iicPt++]

= rIICDS;

rIICSTAT

=

0x90; //Stop MasRx condition

rIICCON =

0xaf; //Resumes IIC operation.

Delay(1); //Wait until stop condtion is in effect.

//Too long time...

//The pending bit will not be set after issuing stop

condition.

break; } iicData[iicPt++]

= rIICDS;

//The

last data has to be read with no ack.

if((iicDataCount)==0)

rIICCON

=

0x2f; //Resumes IIC operation with NOACK. else

rIICCON

=

0xaf;