嵌入式常用总线：”I2C总线

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I2C总线

I2C总线是一种同步、双向、半双工的两线式串行接口总线。这里，半双工的含义是指在任意给定的时刻，只有一个方向上是可以通信的。I2C总线最早由Philips半导体公司于20世纪80年代研发面市。I2C最初的设计目标是为微处理器/微控制器系统与电视机外围芯片之间的连接提供简单的方法。I2C总线由两条总线组成：串行时钟线SCL和串行数据线SDA。SCL线负责产生同步时钟脉冲，SDA线负责在设备间传输串行数据。I2C总线是共享的总线系统，因此可以将多个I2C设备连接到该系统上。连接到I2C总线上的设备既可以用作主设备，也可以用作从设备。主设备负责控制通信，通过对数据传输进行初始化/终止化，来发送数据并产生所需的同步时钟脉冲。从设备则是等待来自主设备的命令，并响应命令接收。主设备和从设备都可以作为发送设备或接收设备。无论主设备是作为发送设备还是接收设备，同步时钟信号都只能由主设备产生。在相同的总线上，I2C支持多个主设备的同时存在。图2-26显示了I2C总线上主设备和从设备的连接关系。

基于输入缓冲区和漏极开路晶体管（或者是集电极开路晶体管），可以构建I2C总线接口。当总线处于空闲状态的时候，漏极开路晶体管（或者是集电极开路晶体管）处于悬空状态，输出导线（SDA和SCL）为高阻态。为了使总线正常工作，应该使用上拉电阻，将两条总线都上拉到供电电压（TTL系列器件为+5V，CMOS系列器件为+3.3V）。上拉电阻通常取值为2.2K。使用上拉电阻，总线上输出导线处于空闲状态的时候，对应于高电平。

通过将设备地址线硬件连接到所需的逻辑电平上，可以分配I2C设备的地址。在嵌入式设备中，当设计嵌入式硬件的时候，需要分配各种I2C设备的地址并完成硬件连接。系统与I2C从设备通信的工作顺序如下：

（1） 主设备将总线上的时钟线（SCL）拉高到高电平。

（2） 当SCL线处于高电平逻辑（这是数据传输的启动条件）的时候，主设备将数据线（SDA）拉低到低电平。

（3） 主设备通过SDA线，将从设备地址（具有7位或10位宽度）发送到通信目的地址。从设备会在SCL线上产生时钟脉冲，用于同步位接收。需要说明的是，系统总是首先传输数据的MSB（最高位）。在时钟信号处于高电平期间，总线中的数据是有效的。

（4） 根据需求，主设备发送读位或写位（位值等于1意味着读操作，位值等于0意味着写操作）。

（5） 主设备等待从设备发出确认位。在发送读/写操作命令的同时，从设备的地址也会发送到总线上。对于连接到总线上的从设备，会将接收到的地址与分配的地址进行比较。

（6） 如果从设备接收到来自主设备的指令并且地址正确，那么从设备通过SDA线发送确认位（值为1）。

（7） 主设备接收到确认位之后，如果操作指令是向设备写入数据，就通过SDA线向从设备发送8位数据。如果操作指令是从设备读出数据，从设备将通过SDA线将数据发送给主设备。

（8） 对于写入操作，在字节传输结束之后，主设备等待从设备发送确认位；对于读出操作，在字节传输结束之后，主设备向从设备发送确认位。

（9） 当时钟线SCL处于逻辑高电平（表示停止）的时候，通过将SDA线拉高到高电平，主设备可以终止数据传输。

I2C总线支持三种不同的数据速率：标准模式（数据速率为100kb/秒，即100kbps）、快速模式（数据速率为400kb/秒，即400kbps）、高速模式（数据速率为3.4Mb/秒，即3.4Mbps）。第一代I2C设备设计所支持的数据速率只有100kbps，新一代I2C设备则能够以高达3.4Mbps的数据速率工作。

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