1、I2C總線簡介1.概述:I2C 是 Inter-Integrated Circuit 的縮寫，發音為"eye-squared cee" or "eye-two-cee" ,它是一種兩線接口。I2C 只是用兩條雙向的線，一條 Serial Data Line （SDA），另一條 Serial Clock （SCL） <SCL :上升沿將數據輸入到每個 EEPROM器件中；下降沿驅動EEPROM器件輸出數據。（邊沿觸發）SDA :雙向數據線，為 0D門，與其它任意數量的 0D與0C門成"線與"關系。2.輸出級輸入緩沖連在一起。其中輸

2、出為漏極開路的場效應管，輸入緩沖為一只高輸入阻抗的 同相器，這種電路具有兩個特點：1）由于SDA、SCL為漏極開路結構（0D），因此它們必須接有上拉電阻，阻值的大小常 為1k8, 4k7 and 10k ，但1k8時性能最好；當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平， 都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL 都是線"與"關系。2）引腳在輸出信號的同時還將引腳上的電平進行檢測，檢測是否與剛才輸出一致，為"時鐘同步"和"總線仲裁"提供了硬件基礎。3. 主設備與從設備系統中的所有外圍器件都具有一個 7位的&q

3、uot;從器件專用地址碼"，其中高4位為器件類 型，由生產廠家制定，低 3位為器件引腳定義地址，由使用者定義。主控器件通過地 址碼建立多機通信的機制，因此 I2C總線省去了外圍器件的片選線，這樣無論總線上 掛接多少個器件，其系統仍然為簡約的二線結構。終端掛載在總線上，有主端和從端 之分，主端必須是帶有 CPU的邏輯模塊，在同一總線上同一時刻使能有一個主端，可 以有多個從端，從端的數量受地址空間和總線的最大電容400pF的限制。*主端主要用來驅動 SCL line ；從設備對主設備產生響應；二者都可以傳輸數據，但是從設備不能發起傳輸，且傳輸是受到主設備控制的。4. 速率:普通模式：10

4、0kHz ;快速模式：400kHz ;高速模式：3.4MHz ;沒有任何必要使用高速 SCL，將SCL保持在100k或以下，然后忘了它吧。一、協議1. 空閑狀態I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號線同時處于高電平時，規定為總線的空閑狀態。此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。2. 起始位與停止位的定義：.起始信號：當SCL為高期間，SDA由高到低的跳變；啟動信號是一種電平跳變時序信 號，而不是一個電平信號。停止信號：當SCL為高期間，SDA由低到高的跳變；停止信號也是一種電平跳變時序 信號，而不是一個電平信號。3.ACK發送器每發送一個

5、字節，就在時鐘脈沖9期間釋放數據線，由接收器反饋一個應答信號應答信號為低電平時，規定為有效應答位（ACK簡稱應答位），表示接收器已經成功地接收了該字節；應答信號為高電平時，規定為非應答位（ NACK）, 般表示接收器接收該字節沒有成功。對于反饋有效應答位ACK的要求是，接收器在第9個時鐘脈沖之前的低電平 期間將SDA線拉低，并且確保在該時鐘的高電平期間為穩定的低電平 。如果接收器是主 控器，則在它收到最后一個字節后，發送一個NACK信號，以通知被控發送器結束數據發送， 并釋放SDA線，以便主控接收器發送一個停止信號 P。Il AU QinPUT1 rnn?i«i tl trDATA

6、Dm put by rccc1 vermt arknniLfdgeSCL fmiB lasirrcltHrk pulse i'erSlarienndi ticin如下圖邏輯分析儀的采樣結果：釋放總線后，如果沒有應答信號，sda應該一直持續為高電平，但是如圖中藍色虛線部分所示，它被拉低為低電平，證明收到了應答信號。這里面給我們的兩個信息是：1）接收器在SCL的上升沿到來之前的低電平期間拉低 SDA ；2）應答信號一直保持到SCL的下降沿結束；正如前文紅色標識所指出的那樣。4.數據的有效性:I2C總線進行數據傳送時，時鐘信號為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩定，只有在時鐘線上的信號為低

7、電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態才允許變化。我的理解：雖然只要求在高電平期間保持穩定， 但是要有一個提前量，也就是數據在SCL的上升沿到來之前就需準備好，因為在前面I2C總線之（一）-概述一文中已經指出，數據是在SCL的上升沿打入到器件（EEPROM）中的I理卓歆嘗求數擁掩定揮變化抓睫邇5. 數據的傳送：在I2C總線上傳送的每一位數據都有一個時鐘脈沖相對應（或同步控制），即在 SCL 串行時鐘的配合下，在 SDA上逐位地串行傳送每一位數據。數據位的傳輸是邊沿觸發。二、工作過程總線上的所有通信都是由主控器引發的。在一次通信中，主控器與被控器總是在扮演著兩種不同的角色。1.主設備向從設備發送

8、數據主設備發送起始位，這會通知總線上的所有設備傳輸開始了，接下來主機發送設備地址，與這一地址匹配的slave將繼續這一傳輸過程，而其它 slave將會忽略接下來的傳輸并等待 下一次傳輸的開始。主設備尋址到從設備后，發送它所要讀取或寫入的從設備的內部寄存器 地址；之后，發送數據。數據發送完畢后，發送停止位：寫入過程如下：發送起始位發送從設備的地址和讀/寫選擇位；釋放總線，等到 EEPROM拉低總線進行應答；如 果EEPROM接收成功，則進行應答；若沒有握手成功或者發送的數據錯誤時EEPROM不產生應答，此時要求重發或者終止。發送想要寫入的內部寄存器地址；EEPROM對其發出應答；*發送數據發送停

9、止位 EEPROM收到停止信號后，進入到一個內部的寫入周期，大概需要10ms，此間任何操作都不會被EEPROM響應；（因此以這種方式的兩次寫入之間要插入一個延時，否 則會導致失敗，博主曾在這里小坑了一下 ）STA RTREVICE c ADOBCSSWQHD ADDRESSDATAliirSDA LUNE詳細:豔黔也地址I : /*繃；林：,*Lo! 1仙UEDDOOaEXEQtODaDDaELjiI »I 41I1土捏話霍:151118 Tn«I亠A .52-4 1n :m!:Si :iwx幾PLrLA/uwiinj"LrLrLrLnj"LnLr7 昨

10、 :主濰劉鈔字節：當王滕畀斷鐘!SJg：!：!一: L_!肛嘩 Itssxs-個字節戟弼就時呼需要說明的是：主控器通過發送地址碼與對應的被控器建立了通信關系，而掛接在總 線上的其它被控器雖然同時也收到了地址碼，但因為與其自身的地址不相符合，因此提前退 出與主控器的通信；2.主控器讀取數據的過程：讀的過程比較復雜，在從slave讀出數據前，你必須先要告訴它哪個內部寄存器是你想 要讀取的，因此必須先對其進行寫入 (dummy write):發送起始位；* 發送 slave 地址 +write bit set ；發送內部寄存器地址；重新發送起始位，即restart ；*重新發送 slave 地址+r

11、ead bit set ；.讀取數據主機接收器在接收到最后一個字節后，也不會發出ACK信號。于是，從機發送器釋放SDA線，以允許主機發出P信號結束傳輸。*發送停止位Random R總ad7Random R總adSOA LIME詳細:evictAVDRE5SVJOPEADDRESSTA QEV1CE§ A3DRESS AI V1 Lm&rACKH:wLsDATA ftH7Random R總ad7Random R總adfliComp 器曲 uses «d(teO)dCa0 0A& |嶼I超| A3 | A2 |礦RMf心曲惟 Theth«資hj ywi

12、t io read rotn&!TH IUBI !7Random R總adI I I? Trp FiPiffimgiigimFLig iTipimiri gun, n iri gi rTrWnt» J tdr 斡 s iMith btO $tl，OxC 1110 0 0 0 0R<14 eri* or EOf* ctdffttrfJI 応7 丨 “b 丨 I 2丨畑 | 冉2 41 Pw bcK I P7 丨 p藥丨I 瑰| DMi D2 I D I 丨 DDkCK側p n,rri_jii_m hi m fi jflfi- ini?! mininiaigiinrTiiH

13、gi ftt-i s為了加深對I2C總線的理解，用C語言模擬IIC總線，邊看源代碼邊讀波形:如下圖所示的寫操作的時序圖:wJ-dStLl-.:delayO;scl=_1elavo :vcia wEice bviefudur (Ulej "番個宇節TOil 3tU!t()"畀甘偉爭 5M.= ； ；7冒故3 DR總貿d-RvO rB31_ ,sla= : d=UyO；rar(i= ?i< mt3&la. :sdi-CY；g如)73d=: ：/i5UL趾時mnn±的難iS iz的數拇dclayO ；JUSfr 仇電予 «!=：'/ fc

14、iscLr4j .'#snfcS9，授下系曲嵌備揑暑昱血“HI :7jwrin:出控器:M： | F 4呂sdadelay O r 5C1_: aeiay o : sda1 二 已£丄旦丫()；void xejpona） /八土崙 £亡二在展電平世 1可. SDT'f *,void atsF O叮RAV：NK 址鈕比 i:773 Cl- ；delay （;"金霧蘭弩站個匚旳科訂司期甘灶耳= &石）1+;二一_諱咫購答：否則爭持de?a y（）:謹bi. t結車主粽器發"iX個字節數幅的時序I2C總線之（二）-時序讀時序的理解同理。

15、對于時序不理解的朋友請參考完整的程序如下：#in clude<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define write_ADD OxaO#define read_ADD 0xa1uchar a;sbit SDA=P2A 0;sbit SCL=P2A 1;void SomeNop(); / 短延時void init();/ 初始化void check_ACK(void )；void I2CStart( void);void I2cStop( void);void write_byte(uchar

16、 dat); / 寫字節void delay( uint z);uchar read_byte();/讀字節void write(uchar addr,uchar dat);/ 指定地址寫uchar read(uchar addr);/ 指定地址讀bit flag; /應答標志位void main()in it();write_add( 5, Oxaa); / 向地址 5 寫入 Oxaa delay( 10);/延時,否則被坑呀！ ！P仁read_add(5);/讀取地址5的值while (1);*void delay() /簡單延時函數 ; *void start() /開始信號SCL在高電

17、平期間，SDA 個下降沿則表示啟動信號sda= 1; /釋放SDA總線delay();scl= 1;delay();sda= 0;delay();*void stop() /停止SCL在高電平期間，SDA一個上升沿則表示停止信號sda= 0;delay();scl= 1;delay();sda= 1;delay();*void respons()/應答SCL在高電平期間，SDA被從設備拉為低電平表示應答uchar i;scl= 1;delay();/至多等待250個CPU寸鐘周期while (sda= 1)&&(i< 250)i+;scl= 0;delay();*void

18、 init() /總線初始化將總線都拉咼一釋放總線發送啟動信號前，要先初始化總線。即總有檢測到總線空閑才開始發送啟動信號sda= 1;delay();scl= 1;delay();*void write_byte(uchar date) / 寫一個字節 _uchar i,temp;temp=date;for (i= 0;i< 8;i+)temp=temp<< 1;scl= 0; /拉低SCL因為只有在時鐘信號為低電平期間按數據線上的高低電平狀態才允許變 化；并在此時和上一個循環的scl=1 一起形成一個上升沿delay();sda=CY;delay();scl= 1;/拉高SCL此時SDA上的數據穩定delay();scl= 0; /拉低SCL，為下次數據傳輸做好準備delay();sda= 1;/釋放SDA總線，接下來由從設備控制，比如從設備接收完數據后，在SCL為高時，拉低 SDA作為應答信號delay(); /* uchar read_byte() /讀一個字節uchar i,k;scl= 0;delay();sda= 1;delay();for (i= 0;i< 8;i+)scl= 1;/上升沿時，IIC設備將數據放在s