I2C总线协议详解

I2C总线定义

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    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。

 

I2C总线特点

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    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。

 

I2C总线工作原理

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总线的构成及信号类型 

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　　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*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。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。 

　　这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

　　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

　　I2C 总线是一种用于IC器件之间连接的双向二线制总线，所谓总线它上面可以挂多个器件，并且通过两根线连接，占用空间非常的小，总线的长度可长达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持4个组件。它的另一优点是多主控，只要能够进行接收和发送的设备都可以成为主控制器，当然多个主控不能同一时间 工作。

　　I2C总线有两根信号线，一根为SDA（数据线），一根为SCL（时钟线）。任何时候时钟信号都是由主控器件产生。

 

I2C总线操作

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    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。 
　　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。 
　　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。 
　　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。

 

I2C总线应用

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    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，三星的S3C24XX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。

 

举常I2C器件/I2C Device

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　　1、存储器类： ATMEL公司的AT24CXX系列EEPROM； 
　　2、I2C总线8位并行IO口扩展芯片PCF8574/JLC1562； 
　　3、I2C接口实时时钟芯片DS1307/PCF8563/SD2000D/M41T80/ME901/ISL1208/； 
　　4、I2C数据采集ADC芯片MCP3221（12bitADC）/ADS1100（16bitADC）/ADS1112（16bitADC）/MAX1238（12bitADC）/MAX1239（12bitADC）；
　　5、I2C接口数模转换DAC芯片DAC5574（8bitDAC）/DAC6573（10bitDAC）/DAC8571（16bitDAC）/； 
　　6、I2C接口温度传感器TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625

 

USB转I2C专用芯片：USB2I2C

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    USB2I2C是一个USB总线转I2C总线I2C/IIC/TWI/SMBUS的接口芯片，通过USB2I2C芯片可以非常方便地实现PC机USB总线和下位机端I2C接口（即IIC或TWI总线：SCL 线、SDA 线）之间的通信。
　　USB2I2C芯片上位机PC端提供简单易用的USBIOX.DLL动态库调用，可以方便地被VB，VC，Delphi，Labview，BCB等上位机开发工具调用。相关例程在USBIO公司网站可以找到。
　　USB2I2C功能特点：
　　●全速USB设备接口，兼容USB V2.0。 
　　●外围元件简单，只需1个12M晶体和2个电容。 
　　●低成本，可以通过I2C总线直接实现上位机与下位机之间的连接，无需辅助MCU。 
　　●上位机软件能够实现灵活实现I2C/IIC/TWI总线协议的各种操作。 
　　●作为I2C总线Host/Master 主机端。 
　　●I2C接口提供SCL和SDA信号线，支持SCL时钟4种不同传输速度：100KHz/400KHz/750KHz。 
　　●采用SSOP-20小型封装。

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