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为什么I²C总线会难住这么多人?

嵌入式微处理器  · 公众号  ·  · 2024-06-19 15:38

正文

I²C总线在嵌入式系统中很常见,但最近在一 个群(可能是初学者群)交流 的信息,让我比较吃惊,很多人连I²C总线基本的知识都不清楚。下面就来给大家讲一讲I²C总线的时序。

相信很多电子工程师,都是从 EEPROM 通信 了解到的 I²C 总线。其实, I²C 总线远不止于 E E PROM 存储 ,它也有类似485、SPI等应用场景。


EEPROM存储器系统架构图

位传输

I²C 总线是由飞利浦(Philips)公司开发的一种双向二线制同步串行总线,实现有效的IC间的控制,它只需要两根线(SDA和SCL)即可在连接于总线上的器件之间传送信息。


I²C 总线在传输数据都是按照bit来传送。SCL为时钟线,SDA为数据线;在SCL时钟线为高电平时,SDA数据线上的电平不允许被修改,SCL时钟线为低电平时,SDA数据线上的电平可为高/低。


I2C总线的位传输

起始条件: SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平切换;表示开始传送数据。

停止条件: SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变;表示结束传送数据。

空闲条件: I²C 总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时;表示空闲状态。


‍起始和停止条件

数据传输

1、字节传输


发送数据时,由主机先发送一个起始信号,再将SDA信号切换为输出模式,然后将8位数据依次由高到低发送出去;


发送完成后,主机将SDA信号切换为输入模式,等待丛机回应ACK或NAK;再发下一笔数据。


I2C总线数据传输

2、丛机地址

I²C 总线系统中,每个设备都有它的固定地址,一般由芯片的A0,A1和A2决定。丛机地址字节由七位地址位(D7-D1位)和一位方向位(为D0位)组成。

器件地址的D7-D4一般都是被厂家固定了为1111,余下的D3,D2和D1连接到芯片的A2,A1和A0决定;D0为0x00表示写,D0为0x01表示读。大家看例程都是些0xA0和0xA1就是这个原因。


EEPROM的器件地址


读写过程

1、写数据过程
1)主机发送 I²C 总线停止信号,防止总线忙写数据失败
2)主机发送 I²C 总线复位信号,确保写数据之前总线处于空闲状态
3)主机发送 I²C 总线开始信号,启动一次数据的写入
4)主机发送 I²C 丛机地址和写模式(W/R=0)信号,并且等待一个丛机的应答信号
5)主机接收到ACK的应答信号后,开始多个字节的写入,每写完一个字节需要等待一个丛机的应答信号

6)主机接收到ACK的应答信号后,发送 I²C 总线停止信号,确保总线处于空闲状态


2、读数据过程
1)主机发送 I²C 总线停止信号,防止总线忙写数据失败
2)主机发送 I²C 总线复位信号,确保读数据之前总线处于空闲状态
3)主机发送 I²C 总线开始信号,启动一次数据读取
4)主机发送 I²C 丛机地址和读模式(W/R=1)信号,并且等待一个丛机的应答信号
5)主机接收到ACK的应答信号后,开始多个字节的读取,每读完一个字节需要给丛机发送一个ACK应答信号

6)主机接收到ACK的应答信号后,发送 I²C 总线停止信号,确保总线处于空闲状态


主机读/写数据过程


结 语

I²C 总线在嵌入式应用中非常广泛,基本上所有的电力电子设备都会用到这个总线;


笔者根据自身多年的工作经验,记录下了我对它的理解,如果有写的不对,希望大家能多多指出,今天的 I²C 总线就先写到这里,希望对大家有帮助。


END

作者:strongerHuang






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