I2C总线原理及应用实例-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

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。

关键字：I2C 总线原理应用实例引用地址：I2C总线原理及应用实例

上一篇：比较OPB总线和FSL总线
下一篇：I2C 总线规范学习笔记

推荐阅读最新更新时间：2024-05-03 00:02

I2C总线通信接口的CPLD实现

摘要：介绍采用ALTERA公司的可编程器件，实现I2C总线的通信接口的基本原理；给出部分VHDL语言描述。该通信接口号专用的接口芯片相比，具有使用灵活，系统配置方便的特点。关键词： I2C总线 CPLD VHDL I2C总线是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（串行时钟线和串行数据线）即可在连接于总线上的器件之间传送信息。该总线是具备多主机系统所需要的包括裁决和高低速设备同步等功能的高性能串行总线，应用极为广泛。目前，虽然市场上有专用I2C总线接口芯片，但是地址可选范围小，性能指标固定，功能单一，而且使用不方便。针对I2C总线的电气特性及其通信协

[应用]

STM32学习之路：I2C的基本读写

宏定义： /*I2C传输速度，最高为400kHz*/ #define I2C_SPEED 400000 /* STM32 自身的 I2C 地址，这个地址只要与 STM32 外挂的 I2C 器件地址不一样即可 */ #define I2C_OWN_ADDR 0x77 /*EEPROM地址*/ #define EEPROM_ADDR (0x50 1) //0xA0 #define EEPROM_SCL_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB #define EEPROM_SCL_PIN GPIO_Pin_6 #define EEPROM_SCL_GPIO_PORT GPIOB #de

[单片机]

采用数字示波器调试嵌入式I2C总线

　　本文阐述了在实际开发中所遇到的I2C通信问题及使用示波器分析问题和解决问题的方法。　　分析过程中采用了RIGOL公司最新推出的DS6104示波器，其具体特性包括：高达1GHz带宽，足以满足常用标准总线的带宽需求;5GSa/s实时采样率，确保不会遗漏信号细节;每秒18万次的波形捕获率，最大概率捕获感兴趣的信号;标配140M深存储，同时满足总览全局和观察局部的需求;可录制多达18万帧的波形，奇异信号随意回放和分析;提供多种串行触发，RS232、I2C、SPI、CAN、USB等。　　问题探讨　　项目设计中计划采用Cypress 68013A芯片来实现USB器件功能。68013A是Cypress公司出产的一款高速

[测试测量]

采用数字示波器调试嵌入式<font color='red'>I2C</font><font color='red'>总线</font>

对I2C总线协议的一些理解

1、无论读与写，都是在时钟线为低时把数据送到数据总线上，在高时采样数据，把数据锁存到内部，所以读之前先把时钟线拉低，做好准备(数据线为高表示释放数据线)，为接下来读数据做好准备。也就是时钟信号为低时，数据线上的高低电平才允许变化，时钟信号为高时，数据总线上的数据必须保持稳定。 2、起始信号产生后，总线为被占用状态(SDA拉低)；终止信号产生后，总线为空闲状态(SCL被释放了)。 3、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，如处理中断，可能无法立刻接收下一字节，这时从机将SCL拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到从机准备好接收下一字节，再释放SCL线使之为高，从而数据传送可继续进行。数据线上的数据是在

[单片机]

AT91SAM7X256的I2C控制器TWI接口的使用方法

1 前言 I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由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。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。AT91SAM7X256是Atmel公司于2005年推出的基于ARM7的工业级芯片，他以体积小、功耗低、连接方式广泛、处理资源丰富、控制灵活等特点受到嵌入式领域开发人员的重视。本文介绍AT91SAM7X256的I2C控制器TWI接口(two-wired interface)的使用方法，并以I2C设备E2PROM和日历时钟芯片为例，实现AT91S

[单片机]

AT91SAM7X256的<font color='red'>I2C</font>控制器TWI接口的使用方法

I2C总线在单片机上的实现

摘要：本文介绍了I2C总线的性能、特点以及数据传输和结构，并详细分析了它的应用示例，给出了它在单片机上的具体实现和相应的汇编程序。关键词： I2C总线单片机随着大规模集成电路技术的发展，把CPU和一个单独工作系统所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外围电路集成在一个单片内而制成的单片机或微控制器愈来愈方便。目前，世界上许多公司生产单片机，品种很多。其中包括各种字长的CPU，各种容量的ROM、RAM以及功能各异的I/O接口电路等等，但是，单片机的品种规格仍然有限，所以只能选用某种单片机来进行扩展。扩展的方法有两种：一种是并行总线，另一种是串行总线。由于串行总线的连线少，结

[应用]

STM32快速读写AT24C16 代码模拟I2C

本帖只适用AT24C16及以下的芯片，AT24C32及以上的芯片读写方式不一样，故不适用！！！如果你的代码可以正常读写24C01/02，直接拿来读取24C16是可以的，但是只能读取256字节。 AT24C16与AT24C01/02/04/08 不同，它引脚的A2，A1，A0是无效的，也就是它没有自己独立的地址，总线上只能挂一个AT24C16设备。 AT24C16总共2048字节，分为128页，每页16字节，地址范围是0~2047。 128页只需要7位地址，分为高3位和低4位，高3位在设备地址中，低4位在字节地址中。设备地址：1010+页地址高3位+读写方向（1：读 0：写）字节地址：页地址高4位+4位

[单片机]

STM32快速读写AT24C16 代码模拟<font color='red'>I2C</font>

STM32 硬件I2C外设

I2C 框图通信引脚输入的引脚有三个，SDA 数据传输引脚，SCL 时钟引脚， SMBA用于SMBUS警告，在 I2C 中并未用到。这些引脚实际对应的硬件引脚可以在数据手册的引脚定义中查到。这里小结如下: 时钟控制时钟控制决定了 SCL 的时钟频率，决定了数据的传输速率。其对应的的寄存器是 CCR 可以配置 I2C的模式。这个寄存器的15位确定 I2C 处于什么模式，11：0位具体配置频率。数据控制发送数据，数据先被写入数据寄存器，移到数据移位寄存器，再一位一位交由数据控制从 SDA 端口发送出去。而框图下面的比较器，是在STM32作为从机，主机呼叫时用于比较。再下面的地址寄

[单片机]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■2024 瑞萨电子MCU/MPU工业技术研讨会——深圳、上海站，火热报名中

■罗姆有奖直播 | 重点解析双极型晶体管的实用选型方法和使用方法

■STM32N6终于要发布了，ST首款带有NPU的MCU到底怎么样，欢迎小伙们来STM32全球线上峰会寻找答案！

■免费下载 | 安森美电动汽车充电白皮书，看碳化硅如何缓解“里程焦虑”！