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为什么I²C总线会难住这么多人?

2月前浏览3044

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。今天就来给大家讲讲I²C总线的时序。      

     
很多电子工程师都应该从 EEPROM 通信了解到的I²C总线,其实,I²C总线远不止于 EEPROM 存储器,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

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      
     
丛机地址      
在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2IC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。

来源:电力电子技术与新能源
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首次发布时间:2024-02-22
最近编辑:2月前
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