I2C总线串行接口应用设计
I2C是一种较为常用的串行接口标准，具有协议完善、支持芯片较多和占用I/O线少等优点。I2C总线是PHILIPS公司为有效实现电子器件之间的控制而开发的一种简单的双向两线总线。现在，I2C总线已经成为一个国际标准，在超过100种不同的IC集成电路上实现，得到超过50家公司的许可，应用涉及家电、通信、控制等众多领域，特别是在ARM嵌入式系统开发中得到广泛应用。
1 实例说明
本实例介绍I2C总线接口在ARM中的应用，以及它在ARM平台中的I/O交互拓展能力。
在ARM嵌入式系统开发中，系统和外围设备的信息交换能力非常重要。传统的方式多采用地址和数据总线来完成，但是由于嵌入式系统总线资源的限制，利用有限的I/O接口和足够的通信速度来扩展多功能的外围器件就显得十分必要。I2C总线正好可以满足这一嵌入式系统设计的需要。在嵌入式系统中应用I2C总线，可以在很大程度上简化系统结构，模块化系统电路，而I2C总线上各节点独立的电气特性也可以使整个系统具有最大的灵活性。
2 I2C设计原理
2.1 12G主从模式
I2C采用两根I/O线：一根时钟线(SCL串行时钟线)，一根数据线(SDA串行数据线)，实现全双工的同步数据通信。I2C总线通过SCL/SDA两根线使挂接到总线上的器件相互进行信息传递。
ARM通过寻址来识别总线上的存储器、LCD驱动器、I/O扩展芯片及其他I2 C总线器件，省去了每个器件的片选线，因而使整个系统的连接极其简洁。总线上的设备分为主设备(ARM处理器)和从设备两种，总线支持多主设备，是一个多主总线，即它可以由多个连接的器件控制。典型的系统构建如图15-1所示。
每一次I2C总线传输都由主设备产生一个起始信号，采用同步串行传送数据，数据接收方每接收一个字节数据后都回应一个应答信号。一次I2C总线传输传送的字节数不受限制，主设备通过产生停止信号来终结总线传输。数据从最高位开始传送，数据在时钟信号高电平时有效。通信双方都可以通过拉低时钟线来暂停该次通信。
2.2 I2C工作原理
SDA和SCL都是双向线路，各通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压。当总线空闲时这两条线路都是高电平，连接到总线的器件输出必须是漏极开路或集电极开路才能执行线与的功能。I2C总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kb/s，在快速模式下可达400kb/s，在高速模式下可达3.4Mb/s。连接到总线的接口数量由总线电容是400pF的限制决定。
图15-2(a)显示了I2C总线上的数据稳定规则，SCL为高电平时SDA上的数据保持稳定，SCL为低电平时允许SDA变化。如果SCL处于高电平时，SDA上产生下降沿，则认为是起始位，SDA上的上升沿认为是停止位。通信速率分为常规模式(时钟频率100kHz)和快速模式(时钟频率400kHz)。同一总线上可以连接多个带有I2C接口的器件，每个器件都有一个唯一的地址，既可以是单接收的器件，也可以是能够接收发送的器件。
图15-2(b)显示了I2C总线的起始位和停止位。
每次数据传输都是以一个起始位开始，而以停止位结束。传输的字节数由ARM
控制和决定，没有限制。最高有效位将首先被传输，接收方收到第8位数据后会发出应答位。数据传输通常分为两种：主设备发送从设备接收和从设备发送主设备接收。这两种模式都需要主机发送起始位和停止位，应答位由接收方产生。从设备地址一般是1或2个字节，用于区分连接在同一I2C上的不同器件。
3 I2C硬件电路设计
3.1 I2C串口存储器
在嵌入式系统中会用到各种带I2C接口的芯片，这里以I2C串口存储器CSl 24WC256为例，说明I2C电路在ARM嵌入式系统中的应用。
CSl24WC256是美国CAllALXST公司的一款芯片，是一个256K位支持I2c总线数据传送协议的串行CMOS串口存储器，可用电擦除，可编程自定时写周期(包括自动擦除时间不超过10ms，典型时间为5ms)，具有64字节数据的页面写能力。串行存储器一般具有两种写入方式，一种是字节写入方式，另一种是页写入方式。允许在一个写周期内同时对1个字节到一页的若干字节的编程写入，1页的大小取决于芯片内页寄存器的大小。
先进的CMOS技术实质上降低了器件的功耗，可在电源电压低到1.8V的条件下工作，等待电流和额定电流分别为0和3mA，特有的噪声保护施密特触发输入技术，可保证芯片在极强的干扰下数据不丢失。
芯片管脚排列图如图15-3所示，其管脚功能描述如表15-l所示。
其中：
·SCL：串行时钟。输入管脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。
·SDA：串行数据/地址。双向传输端，用于传送地址和所有数据的发送或接收。它是一个漏极开路端，因此要求接一个上拉电到Vcc端(典型值为100kHz
时为10K，400kHz时为lK)。对于一般的数据传输，仅在SCL为低期间SDA才允许变化；在SCL为高期间变化，留给指示Start(开始)和Stop(停止)条件。
·AO/A1/A2：器件地址输入端。这些输入端用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为空。
·WP：写保护。如果WP管脚连接到Vcc，则所有的内容都被写保护(只能读)：当 WP管脚连接到Vss或悬空时，则允许器件进行正常的读/写操作。
3.2电路原理图
如图15-4所示为串行存储器电路原理图，具有串行存储的功能，速率为10 0kHz，所R2/R3为IOK。如果将编码开关任一位打开，则对应的地址线为“l”；如果将编码开关任一位闭合则对应的地址线就为“0”。
4软件设计
4.1 I2C读写过程设计
ARM在系统中一直作为主设备，所以在I2C总线中只有主发送和主接收两种操作方式。在系统初始化时，由指令控制CPU送出相关的数据，经接口送到I2C 寄存器内。通过初始化这些寄存器，可以实现I2C总线的主模式控制，以及实现I2C总线上的从设备读写。
当主设备和其中的一个从设备交换数据时，主设备首先发出一个启动Start信号，这个信号被所有的从设备接收。即从设备准备接收CPU
的信号，然后主设备再发出它要通信的从设备地址。接下来，所有的从设备将收到的这个地址和它们自己的地址进行比较。
如果收到的地址和它们自己的地址不同，则什么都不做，只是等待主设备发出停止stop信号；如果收到的地址和它自己的地址相同，它就发出一个信号给主设备，这个信号称为应答Acknowledge信号。当主设备收到应答信号后，它就开始向从设备发送数据或者从从设备接收数据。当所有操作都进行完毕时，主设备发出一个Stop信号，通信完毕，释放I2C总线；然后所有的从设备都等待下一次Start信号的到来。
而在I2C串口存储器中，主要涉及的是读和写过程。读写流程图如图15-5所示。
1．写过程
(1)上电后等待一个延时(1ms)。
(2)器件寻址，给一个起始信号(SCL为高电平时SDA给一个下降沿)。发送从器件地址，高5位为10110，然后根据A1/A0(如果和器件的地址相同则那个器件会应答)进行读/写控制(O为读)。
(3)应答，器件在SCL的第9个周期时SDA给出一个低电平，作为应答信号。
(4)开始写有两种模式：字节写模式和页写模式。
·字节模式：给出A15～A8应答，给出A7～A0应答；然后给出DATA和停止信号 (SCL为高电平时，SDA给出一个上升沿)，接着要等待一个擦写时间。
·页写模式：给出地址以后连续给出64个数据。如果多于64个数据，则地址计数器自动翻转。(如果少于64昵，估计是没有问题的，但是需要实验验证。)
(5)判断擦写操作是否完毕的一个方法(应答查询)，如果器件还处于擦写状态，则不会应答器件寻址；如果有应答，则说明擦写完毕。
2．读过程
(1)上电以后等待一个延时(lms)。
(2)器件寻址。
(3)应答。
(4)开始读有三种模式：立即当前地址读、选择/随机读、连续读。
·立即当前地址读：如果上次读/写的操作地址为N，则现在是N+1。不需要ACK，但是需要Stop信号。
·选择/随机读：先伪写(用于给出一个地址)，然后再次启动，读取数据。
·连续读：读取一个以后给一个应答，这样器件会再给出下一个地址的数据内容。
(5)开始数据传输Start后、停止数据传输Stop前，SCL高电平期间，SDA 上为有效数据。
4.2程序代码说明
以下是I2C函数的程序代码，其中DataBuff为读写数据输入/输出缓冲区的首址，ByteQuantity为要读写数据的字节数量，Address为I2C串口存储器片内地址，ControlByte为I2C串口存储器的控制字节，具体形式为(1)(0)(1)(O)(A 2)(A1)(A0)(E/W)。
其中R/W=1表示读操作，R/W=0为写操作。ERRORCOUNT为允许最大次数，若出现ERRORCOUNT次操作失效，则函数中止操作，并返回1。SDA和SCL由用户自定义。
此程序设计时考虑了通用性，与ARM CPU无关，与ARM速度也无关。时序的等待时间严格按照芯片文档上描述的，定义在I2C.h文件中。
使用时只需要定义SCL和SDL的引脚，以及I2C使用的电压(修改ⅡC_v宏定义)。
5实例总结
I2C总线硬件电路结构简单，符合系统设计向小型化低功耗方向发展的趋势。在其软件方面，由于使用平台模式的ⅡC软件包，保证了在较短的时间内开发出高稳定性的驱动程序。同一总线上可以连接多个带有I2C接口的器件，每个器件都有一个惟一的地址，既可以是单接收的器件，也可以是能够接收发送的器件。发送器或接收器可以在主模式或从模式下操作，这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。
本章以I2C串口存储器为例，给出了在ARM平台中I2C总线的软硬件实现方法，软件设计上I2C总线读和写模块的函数流程图，以及具体驱动程序的设计。实验证明，I2C总线能很好地扩展ARM系统的I/O交互能力。在设计I2C串口存储器时需注意以下几点问题。
·SCL不能太快，这只要限制高低电平的时间就可以了。
·Start信号需要建立和保持一段时间。
·Stop信号需要一定的建立时间，之后就是总线空闲时间。
实验八I2C通信协议 一、实验目的： 1、培养学生阅读资料的能力； 2、加深学生对I2C总线通信协议的理解； 3、加强学生对模块化编程的理解； 二、实验环境： 1、硬件环境：PC机一台、单片机实验板一块、母头串口交叉线、USB电源线； 2、软件环境：keil uVision2集成开发环境； STC-ISP下载上位机软件； 三、实验原理： 要学会I2C通信协议的编程，关键是要看懂并掌握其时序图，理解对I2C通信协议相关子程序的实验编写。I2C通信协议的总线时序图如下所示： I2C总线时序图 I2C相关子程序的详细介绍 1、起始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 2、结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 起始信号和结束信号的时序图如下所示： 起始信号和结束信号的时序图 起始信号的流程如下:
1、SCL和SDA拉高，保持时间约为0.6us-4us; 2、拉低SDA，保持时间为约为0.6us-4us； 3、拉低时钟线 结束信号的流程如下： 1、SCL置高电平，SDA置低电平，保持时间约为0.6us-4us 2、SDA拉高，保持时间约为1.2-4us； 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。应答信号的时序图如下所示： 应答时序图 发送时的应答信号 ;**********应答信号********** ACK: SETB SDA ;数据线置高 SETB SCL ;时钟线置高 ACALL DELAY JB SDA，$ ;等待数据线变低 ACALL DELAY CLR SCL ;时钟线置低 RET 注意：这里如果数据线一直为高将进入死循环，所以一般我们都会在这做一个容错的处理。具体的程序如下： ACK: MOV R4，#00H SETB SDA SETB SCL LOP0: JNB SDA，LOP DJNZ R4，LOP0 ;循环255次 LOP: ACALL DEL CLR SCL RET 接收时的应答信号
简单的I2C协议理解 一. 技术性能: 工作速率有100K和400K两种； 支持多机通讯； 支持多主控模块，但同一时刻只允许有一个主控； 由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线； 每个电路和模块都有唯一的地址； 每个器件可以使用独立电源 二. 基本工作原理: 以启动信号START来掌管总线，以停止信号STOP来释放总线； 每次通讯以START开始，以STOP结束； 启动信号START后紧接着发送一个地址字节，其中7位为被控器件的地址码，一位为读/写控制位R/W,R /W位为0表示由主控向被控器件写数据，R/W为1表示由主控向被控器件读数据； 当被控器件检测到收到的地址与自己的地址相同时，在第9个时钟期间反馈应答信号； 每个数据字节在传送时都是高位(MSB)在前； 写通讯过程: 1. 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个START信号掌管总线； 2. 发送一个地址字节(包括7位地址码和一位R/W)； 3. 当被控器件检测到主控发送的地址与自己的地址相同时发送一个应答信号(ACK)； 4. 主控收到ACK后开始发送第一个数据字节； 5. 被控器收到数据字节后发送一个ACK表示继续传送数据，发送NACK表示传送数据结束； 6. 主控发送完全部数据后，发送一个停止位STOP，结束整个通讯并且释放总线； 读通讯过程: 1. 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个START信号掌管总线； 2. 发送一个地址字节(包括7位地址码和一位R/W)； 3. 当被控器件检测到主控发送的地址与自己的地址相同时发送一个应答信
号(ACK)； 4. 主控收到ACK后释放数据总线，开始接收第一个数据字节； 5. 主控收到数据后发送ACK表示继续传送数据，发送NACK表示传送数据结束； 6. 主控发送完全部数据后，发送一个停止位STOP，结束整个通讯并且释放总线； 四. 总线信号时序分析 1. 总线空闲状态 SDA和SCL两条信号线都处于高电平，即总线上所有的器件都释放总线，两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高； 2. 启动信号START 时钟信号SCL保持高电平，数据信号SDA的电平被拉低(即负跳变)。启动信号必须是跳变信号，而且在建立该信号前必修保证总线处于空闲状态； 3. 停止信号STOP 时钟信号SCL保持高电平，数据线被释放，使得SDA返回高电平(即正跳变)，停止信号也必须是跳变信号。 4. 数据传送 SCL线呈现高电平期间，SDA线上的电平必须保持稳定，低电平表示0(此时的线电压为地电压)，高电平表示1(此时的电压由元器件的VDD决定)。只有在SCL线为低电平期间，SDA上的电平允许变化。 5. 应答信号ACK I2C总线的数据都是以字节(8位)的方式传送的，发送器件每发送一个字节之后，在时钟的第9个脉冲期间释放数据总线，由接收器发送一个ACK(把数据总线的电平拉低)来表示数据成功接收。 6. 无应答信号NACK 在时钟的第9个脉冲期间发送器释放数据总线，接收器不拉低数据总线表示一个NACK，NACK有两种用途: a. 一般表示接收器未成功接收数据字节； b. 当接收器是主控器时，它收到最后一个字节后，应发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放总线，以便主控接收器发送一个停止信号STOP。 五. 寻址约定
THE I 2C-BUS SPECIFICATION VERSION 2.1 JANUARY 2000
CONTENTS 1PREFACE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1.1Version 1.0 - 1992. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2Version 2.0 - 198. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3Version 2.1 - 1999. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4Purchase of Philips I2C-bus components . . 3 2THE I2C-BUS BENEFITS DESIGNERS AND MANUFACTURERS. . . . . . . . . . . . . . .4 2.1Designer benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2Manufacturer benefits. . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3INTRODUCTION TO THE I2C-BUS SPECIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 4THE I2C-BUS CONCEPT . . . . . . . . . . . . . . .6 5GENERAL CHARACTERISTICS . . . . . . . . .8 6BIT TRANSFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 6.1Data validity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6.2START and STOP conditions. . . . . . . . . . . 9 7TRANSFERRING DATA. . . . . . . . . . . . . . .10 7.1Byte format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 7.2Acknowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 8ARBITRATION AND CLOCK GENERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 8.1Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 8.2Arbitration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 8.3Use of the clock synchronizing mechanism as a handshake. . . . . . . . . . . 13 9FORMATS WITH 7-BIT ADDRESSES. . . .13 107-BIT ADDRESSING . . . . . . . . . . . . . . . . .15 10.1Definition of bits in the first byte . . . . . . . . 15 10.1.1General call address. . . . . . . . . . . . . . . . . 16 10.1.2START byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 10.1.3CBUS compatibility. . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 11EXTENSIONS TO THE STANDARD- MODE I2C-BUS SPECIFICATION . . . . . . .19 12FAST-MODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 13Hs-MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 13.1High speed transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 13.2Serial data transfer format in Hs-mode. . . 21 13.3Switching from F/S- to Hs-mode and back . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2313.4Hs-mode devices at lower speed modes. . 24 13.5Mixed speed modes on one serial bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 13.5.1F/S-mode transfer in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13.5.2Hs-mode transfer in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13.5.3Timing requirements for the bridge in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . 27 1410-BIT ADDRESSING. . . . . . . . . . . . . . . . 27 14.1Definition of bits in the first two bytes. . . . . 27 14.2Formats with 10-bit addresses. . . . . . . . . . 27 14.3General call address and start byte with 10-bit addressing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 15ELECTRICAL SPECIFICATIONS AND TIMING FOR I/O STAGES AND BUS LINES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 15.1Standard- and Fast-mode devices. . . . . . . 30 15.2Hs-mode devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 16ELECTRICAL CONNECTIONS OF I2C-BUS DEVICES TO THE BUS LINES . 37 16.1Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Standard-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 17APPLICATION INFORMATION. . . . . . . . . 41 17.1Slope-controlled output stages of Fast-mode I2C-bus devices. . . . . . . . . . . . 41 17.2Switched pull-up circuit for Fast-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 17.3Wiring pattern of the bus lines. . . . . . . . . . 42 17.4Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Fast-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 17.5Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Hs-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 18BI-DIRECTIONAL LEVEL SHIFTER FOR F/S-MODE I2C-BUS SYSTEMS . . . . 42 18.1Connecting devices with different logic levels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 18.1.1Operation of the level shifter . . . . . . . . . . . 44 19DEVELOPMENT TOOLS AVAILABLE FROM PHILIPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 20SUPPORT LITERATURE . . . . . . . . . . . . . 46
THE I2C-BUS SPECIFICATION VERSION 2.1 JANUARY 2000
CONTENTS 1PREFACE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1.1Version 1.0 - 1992. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2Version 2.0 - 198. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3Version 2.1 - 1999. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4Purchase of Philips I2C-bus components . . 3 2THE I2C-BUS BENEFITS DESIGNERS AND MANUFACTURERS. . . . . . . . . . . . . . .4 2.1Designer benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2Manufacturer benefits. . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3INTRODUCTION TO THE I2C-BUS SPECIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 4THE I2C-BUS CONCEPT . . . . . . . . . . . . . . .6 5GENERAL CHARACTERISTICS . . . . . . . . .8 6BIT TRANSFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 6.1Data validity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6.2START and STOP conditions. . . . . . . . . . . 9 7TRANSFERRING DATA. . . . . . . . . . . . . . .10 7.1Byte format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 7.2Acknowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 8ARBITRATION AND CLOCK GENERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 8.1Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 8.2Arbitration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 8.3Use of the clock synchronizing mechanism as a handshake. . . . . . . . . . . 13 9FORMATS WITH 7-BIT ADDRESSES. . . .13 107-BIT ADDRESSING . . . . . . . . . . . . . . . . .15 10.1Definition of bits in the first byte . . . . . . . . 15 10.1.1General call address. . . . . . . . . . . . . . . . . 16 10.1.2START byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 10.1.3CBUS compatibility. . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 11EXTENSIONS TO THE STANDARD- MODE I2C-BUS SPECIFICATION . . . . . . .19 12FAST-MODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 13Hs-MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 13.1High speed transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 13.2Serial data transfer format in Hs-mode. . . 21 13.3Switching from F/S- to Hs-mode and back . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2313.4Hs-mode devices at lower speed modes. . 24 13.5Mixed speed modes on one serial bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 13.5.1F/S-mode transfer in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13.5.2Hs-mode transfer in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 13.5.3Timing requirements for the bridge in a mixed-speed bus system. . . . . . . . . . . . . . 27 1410-BIT ADDRESSING. . . . . . . . . . . . . . . . 27 14.1Definition of bits in the first two bytes. . . . . 27 14.2Formats with 10-bit addresses. . . . . . . . . . 27 14.3General call address and start byte with 10-bit addressing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 15ELECTRICAL SPECIFICATIONS AND TIMING FOR I/O STAGES AND BUS LINES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 15.1Standard- and Fast-mode devices. . . . . . . 30 15.2Hs-mode devices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 16ELECTRICAL CONNECTIONS OF I2C-BUS DEVICES TO THE BUS LINES . 37 16.1Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Standard-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 17APPLICATION INFORMATION. . . . . . . . . 41 17.1Slope-controlled output stages of Fast-mode I2C-bus devices. . . . . . . . . . . . 41 17.2Switched pull-up circuit for Fast-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 17.3Wiring pattern of the bus lines. . . . . . . . . . 42 17.4Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Fast-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 17.5Maximum and minimum values of resistors R p and R s for Hs-mode I2C-bus devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 18BI-DIRECTIONAL LEVEL SHIFTER FOR F/S-MODE I2C-BUS SYSTEMS . . . . 42 18.1Connecting devices with different logic levels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 18.1.1Operation of the level shifter . . . . . . . . . . . 44 19DEVELOPMENT TOOLS AVAILABLE FROM PHILIPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 20SUPPORT LITERATURE . . . . . . . . . . . . . 46
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long #define _BV(bit) (1 << (bit)) #ifndef cbi #define cbi(reg,bit) reg &= ~_BV(bit) #endif #ifndef sbi #define sbi(reg,bit) reg |= _BV(bit) #endif extern uchar dog; /* void delay_1ms(uchar xtal) { uchar i; for(i=0;i<(uint)(143*xtal-2);i++) {;} } //2 延时nms void delay_ms(uchar m, uchar fosc) { uchar i; i=0; while(i /****************************************** 绿盾电子 X-13 多传感器开发板 功能：实现读写AT24C02型号的EEPROM存储。该类型存储器具有掉电数据保护功能，是单片 机项目开发中常用的芯片。AT24C02使用 I2C总线与的单片机通信，只需两根线即 可完成读写功能。 串口输出数据，串口是单片机程序调试种 最常用最重要的工具。在使用前需要主要 开发板当前晶振频率是否为11.0592MHz,如 不是，请更换晶振，或者自行计算定时器 数值。 时间：2011-8-23 ******************************************/ //头文件 #include "reg51.h" #include //引脚定义 sbit Scl= P3^6; //AT24C0x串行时钟sbit Sda= P3^7; //AT24C0x串行数据 //全局变量 uchar EEPROM_WriteBuffer[] = {""}; uchar EEPROM_ReadBuffer[20]; //函数声明 /******************************************/ //延时子函时， //参数 d_time 控制延时的时间 //作用，灯亮和熄灭必须持续一定时间，人眼才能看到 void delay(unsigned int time); /******************************************/ //延时子函数 //参数范围 0-65536 void delay(unsigned int time) //参数 time 大小 { //决定延时时间长短 while(time--); } I2C通信协议简介 (2013-01-17 10:48:03) 转载▼ 分类：通讯协议 标签： 杂谈 ACK是acknowledge的意思,确认. 摒弃复杂的情况，这里只对I2C做简单的介绍。 一、I2C 总线的一些特征： ? 只要求两条总线线路一条串行数据线SDA一条串行时钟线SCL ? 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机从机关系软件设定地址主机可以作为主机发送器或主机接收器? 它是一个真正的多主机总线如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏 ? 串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s 快速模式下可达400kbit/s 高速模式下可达3.4Mbit/s ? 片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波保证数据完整 ? 连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电容400pF 限制 二、I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号：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为高电平时，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 起始和结束： bool I2C_Start(void) { SDA_H; SCL_H; I2C_delay(); if(!SDA_read)return FALSE; // SDA线为低电平则总线忙,退出 SDA_L; // 拉低SDA线(当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变表示开始信号) I2C_delay(); if(SDA_read) return FALSE; // SDA线为高电平则总线出错,退出 SDA_L; //数据为准备好时，拉低SCL线 I2C_delay(); return TRUE; } 发出开始信号之后，设备在数据未准备好时，拉低SCL线，这样主设备可知从设备未发送数据，从设备在数据准备好，可以发送的时候，停止拉低SCL线，这时候才开始真正的数据传输 void I2C_Stop(void) { SCL_L; I2C_delay(); SDA_L; I2C_delay(); SCL_H; // SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据 I2C_delay(); SDA_H; I2C_delay(); } C程序代码]I2C总线协议程序 程序代码 2009-10-11 14:05 阅读48 评论0 /**************************************************************** I2C总线协议程序 ****************************************************************/ #define NOP {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} sbit SDA=P1^2; /*模拟I2C数据传送位*/ sbit SCL=P1^3; /*模拟I2C时钟控制位*/ bit ack; /*应答标志位*/ void Start_I2c() { SDA=1; NOP; SCL=1; NOP; SDA=0; NOP; SCL=0; NOP; } void Stop_I2c() { SDA=0; NOP; SCL=1; NOP; SDA=1; NOP; } void Senduchar(uchar c) { uchar i; for(i=0;i<8;i++) { c<<=1; SDA=CY; NOP; SCL=1; NOP; SCL=0; NOP; } SDA=1; NOP; SCL=1; NOP; if(SDA==1) ack=0; else ack=1; SCL=0; NOP; } uchar Rcvuchar() { uchar i,x=0; SDA=1; for(i=0;i<8;i++) { SCL=0; NOP; SCL=1; NOP; x=x<<1; if(SDA) x=x+1; NOP; } SCL=0; NOP; return(x); } void Ack_I2c(bit a) { SDA=a; NOP; SCL=1; NOP; SCL=0; NOP; } bit ISendStr(uchar sla,uchar suba,uchar *s,uchar no) { uchar i; 1.I2C协议 2条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。 SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。 支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。 总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0. 系统中可能有多个同种芯片，为此addr分为固定部分和可编程部份，细节视芯片而定，看datasheet。 1.1 I2C位传输 数据传输：SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit； 若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束（后面讲） 数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit 1.2 I2C开始和结束信号 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为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 1.3 I2C应答信号 Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。 即在第9个clock，若从IC发ACK，SDA会被拉低。 若没有ACK，SDA会被置高，这会引起Master发生RESTART或STOP流程，如下所示： 1.4 I2C写流程 写寄存器的标准流程为： 1. Master发起START 2. Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK 3. Slave发送ACK 4. Master发送regaddr（8bit），等待ACK 5. Slave发送ACK 6. Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK 7. Slave发送ACK 8. 第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器 此模块包括发送数据及接收数据，应答位发送，并提供了几个直接面对器件的操作函数，能很 方便的与用户程序进行连接并扩展。 需要注意的是，函数是采用延时方法产生SCL 脉冲，对高晶振频率要做一定的修改！！ 说明： 1us机器周期，晶振频率要小于12MHz 返回1 则操作成功，返回0 则操作失败。 sla 为器件从地址，suba 为器件子地址。 ************************************************************************* ************/ #include "AT89X52.h" #include void I2C_Start() { SDA = 1; //发送起始条件的数据信号 _Nop(); SCL = 1; _Nop(); //起始条件建立时间大于4.7us,延时 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA = 0; //发送起始信号 _Nop(); //起始条件建立时间大于4us,延时 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL = 0; //钳住I2C总线准备发送或接收数据 _Nop(); _Nop(); } /************************************ I2C_Stop ************************************ 函数名：void I2C_Stop() 入口： 出口： 功能描述：结束I2C总线，即发送I2C结束条件 调用函数： 全局变量： 创建者：陈曦日期：2005-6-15 修改者：日期： ************************************************************************* *********/ I2C总线串行接口应用设计 I2C是一种较为常用的串行接口标准，具有协议完善、支持芯片较多和占用I/O线少等优点。I2C总线是PHILIPS公司为有效实现电子器件之间的控制而开发的一种简单的双向两线总线。现在，I2C总线已经成为一个国际标准，在超过100种不同的IC集成电路上实现，得到超过50家公司的许可，应用涉及家电、通信、控制等众多领域，特别是在ARM嵌入式系统开发中得到广泛应用。 1 实例说明 本实例介绍I2C总线接口在ARM中的应用，以及它在ARM平台中的I/O交互拓展能力。 在ARM嵌入式系统开发中，系统和外围设备的信息交换能力非常重要。传统的方式多采用地址和数据总线来完成，但是由于嵌入式系统总线资源的限制，利用有限的I/O接口和足够的通信速度来扩展多功能的外围器件就显得十分必要。I2C总线正好可以满足这一嵌入式系统设计的需要。在嵌入式系统中应用I2C总线，可以在很大程度上简化系统结构，模块化系统电路，而I2C总线上各节点独立的电气特性也可以使整个系统具有最大的灵活性。 2 I2C设计原理 2.1 12G主从模式 I2C采用两根I/O线：一根时钟线(SCL串行时钟线)，一根数据线(SDA串行数据线)，实现全双工的同步数据通信。I2C总线通过SCL/SDA两根线使挂接到总线上的器件相互进行信息传递。 ARM通过寻址来识别总线上的存储器、LCD驱动器、I/O扩展芯片及其他I2 C总线器件，省去了每个器件的片选线，因而使整个系统的连接极其简洁。总线上的设备分为主设备(ARM处理器)和从设备两种，总线支持多主设备，是一个多主总线，即它可以由多个连接的器件控制。典型的系统构建如图15-1所示。 每一次I2C总线传输都由主设备产生一个起始信号，采用同步串行传送数据，数据接收方每接收一个字节数据后都回应一个应答信号。一次I2C总线传输传送的字节数不受限制，主设备通过产生停止信号来终结总线传输。数据从最高位开始传送，数据在时钟信号高电平时有效。通信双方都可以通过拉低时钟线来暂停该次通信。 2.2 I2C工作原理 I2C总线协议及工作原理 一、概述 1、I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。 SCL：上升沿将数据输入到每个EEPROM器件中；下降沿驱动EEPROM器件输出数据。(边沿触发) SDA：双向数据线，为OD门，与其它任意数量的OD与OC门成"线与"关系。 I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平（SDL=1;SCL=1）。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。 2、主设备与从设备 系统中的所有外围器件都具有一个7位的"从器件专用地址码"，其中高4位为器件类型，由生产厂家制定，低3位为器件引脚定义地址，由使用者定义。主控器件通过地址码建立多机通信的机制，因此I2C总线省去了外围器件的片选线，这样无论总线上挂接多少个器件，其系统仍然为简约的二线结构。终端挂载在总线上，有主端和从端之分，主端必须是带有CPU的逻辑模块，在同一总线上同一时刻使能有一个主端，可以有多个从端，从端的数量受地址空间和总线的最大电容400pF的限制。 主端主要用来驱动SCL line； 从设备对主设备产生响应； 二者都可以传输数据，但是从设备不能发起传输，且传输是受到主设备控制的。 二、协议 1.空闲状态 I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。 2.起始位与停止位的定义： 起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。 停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。 起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。 #include { sda=0; _nop_(); scl=1; _nop_(); sda=1; } void slave_ack() //应答信号 { _nop_(); _nop_(); scl=0; _nop_();; sda=1; _nop_(); _nop_(); scl=1; _nop_(); _nop_(); while(sda); //P0=0xfe; scl=0; } void no_ack() //无应答 { sda=1; _nop_(); scl=1; _nop_(); scl=0; } void write_byte(uchar dat) //写一个字节{ uchar i; scl=0; for(i=0;i<8;i++) { if(dat&0x80) sda=1; else sda=0;AT24C02数据存储I2C协议-串口通讯
i2c通讯协议及程序
I2C总线协议程序
I2c总线协议
I2C协议代码
I2C协议
I2C总线协议及工作原理
51单片机i2c协议示例程序