I2C总线 广州创龙电子科技有限公司 Inter-Integrated Circuit

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1 I2C总线 广州创龙电子科技有限公司 Inter-Integrated Circuit
Guangzhou Tronlong Electronic Technology Co., Ltd

2 01 概述 02 标准 03 架构 02

3 01 概述 第 1 部分

4 I2C总线 1. The name I2C translates into “Inter IC”. Sometimes the bus is called IIC or I²C bus 2. Philips  early ’80s easy communication components same circuit board.  现在不仅局限于单板，线缆 3 总线提供总裁机制，当多个主机同时尝试控制总线时，只允许其中一个控制总线并使传输不被破坏的过程（也就是允许多主机而又不冲突的机制） 历史： 1.1982年 Philips首发，限速100Kbps（标准模式）、7位地址线 2.1992年 总线规范发布，增加了400Kbps（快速模式）、10位地址线 3.发展至今 总线增加3.4Mbps（高速模式）和5.0Mbps(超高速模式) 标签：串行、半双工、低速、多主机 06 广州创龙电子科技有限公司

5 I2C总线 06 广州创龙电子科技有限公司 1.两种角色，非主机即从机
2.发送器：发送数据到总线的器件；并不是主机就是发送器，主机也可以是接收器 3.接收器：从总线接收数据的器件；并不是从机就是接收器，从机也可以是发送器 Mster(主机)：初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件 Slave（从机）：被主机寻址的器件是从机 SDA(SerialData)：串行数据 SCL（SerialClock）：串行时钟 06 广州创龙电子科技有限公司

6 I2C总线和UART对比 06 广州创龙电子科技有限公司
2.多主多从 约定通信速率 仅适用于点对点通信 标签：串行、全双工、低速、点对点 06 广州创龙电子科技有限公司

7 I2C总线和SPI对比 06 广州创龙电子科技有限公司 1.i2c仅需要两根线
2.多主多从 需要的线多，4个 mosi miso cs sclk 每增加一个需要增加一个cs 通信总线中仅允许一个主机 标签：串行、全双工、低速、一主多从 06 广州创龙电子科技有限公司

8 I2C总线的应用 I²C Bus Controller and Bridge Ics 控制器和桥接器I²C Bus Repeaters/Hubs/Extenders 中继器/集线器/延伸器 I²C DACs and ADCs 模数转换器I²C Bus Repeaters/Hubs/Extenders 中继器/集线器/延伸器 I²C General Purpose I/O I²C Multiplexers/Switches I²C Real-Time Clocks (RTC) I²C Serial EEPROM/RAM I²C Temperature/Voltage Monitors I²C LED Display Control 三轴加速度传感器 06 广州创龙电子科技有限公司

9 02 标准 第 2 部分

10 电路结构 1.I²C只使用兩條雙向漏极开路（Open Drain）（串列資料（SDA）及串列時脈（SCL））並利用電阻將電位上拉 2.I²C允許相當大的工作電壓範圍，但典型的電壓準位為+3.3V或+5v。 3.各设备之间是线与关系，当连接到总线的任意设备输出低电平时，都将使信号线拉低 SDA(SerialData)：串行数据 SCL（SerialClock）：串行时钟 06 广州创龙电子科技有限公司

11 电气特性 VDD最大不超过5.5V VDD最大不超过5.5V 输入电气特性： VL < 0.3VDD VH > 0.7VDD
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12 数据传输格式 06 广州创龙电子科技有限公司 起始信号+(7位地址+读/写)+应答位+一个字节数据+一个应答位…….+终止信号
注意：每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位 06 广州创龙电子科技有限公司

13 起始和终止信号 06 广州创龙电子科技有限公司 起始信号：SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化
1.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； 2.在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。 3.连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。 06 广州创龙电子科技有限公司

14 有效数据位信号 06 广州创龙电子科技有限公司 也就是在时钟信号高电平期间，稳定的数据信号为一个有效的数据位
这里所指的数据位除起始和终止信号以外的其他位 I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。 06 广州创龙电子科技有限公司

15 应答与非应答信号 06 广州创龙电子科技有限公司
1.应答信号出现在每个字节后面，接收器通过应答位通知发送器，一个字节被成功接收，可以进行下一个字节发送。 非应答信号出现的几种情况： 1.总线上没有器件与主机发出的地址一致，因而没有回应 2.从机因为正在进行一些实时性操作而无法与主机进行收发操作时 3.在传输过程中，接收器接收到无法解析的数据或命令时 4.在传输过程中，接收器不能接收更多的数据字节时 5.主机接收器接收到了本次传输的最后一个数据字节时，通过对从机的非应答信号来实现，然后从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。 ACK（ Acknowledge signal ）：在第九个时钟，也就是应答时钟周期时，发送端释放SDA，SDA被接收端拉为低电平状态，即为应答信号 NACK（Not Acknowledge signal ）：在应答时钟周期时，若SDA一直保持高电平，即为非应答信号 06 广州创龙电子科技有限公司

16 起始信号后的地址和方向信息字节 06 广州创龙电子科技有限公司 7bit 地址线+一位读写信号 10bit 地址线+一位读写信号
①主机通过发送地址码与对应的从机建立了通信关系，而挂接在总线上的其它从机虽然同时也收到了地址码，但因为与其自身的地址不相符合，因此提前退出与主机的通信； 06 广州创龙电子科技有限公司

17 主机发送，从机接收 06 广州创龙电子科技有限公司
（1）主机在检测到总线为“空闲状态”（即 SDA、SCL 线均为高电平）时，发送一个启动信号“S”，开始一次通信的开始 （2）主机接着发送一个命令字节。该字节由 7 位的外围器件地址和 1 位读写控制位 R/W组成（此时 R/W=0） （3）相对应的从机收到命令字节后向主机回馈应答信号 ACK（ACK=0） （4）主机收到从机的应答信号后开始发送第一个字节的数据 （5）从机收到数据后返回一个应答信号 ACK （6）主机收到应答信号后再发送下一个数据字节 ，主机的一次发送通信，其发送的数据数量不受限制。 （7）当主机发送最后一个数据字节并收到从机的 ACK 后，通过向从机发送一个停止信号P结束本次通信并释放总线。从机收到P信号后也退出与主机之间的通信 06 广州创龙电子科技有限公司

18 主机接收，从机发送 06 广州创龙电子科技有限公司 （1）主机发送启动信号后，接着发送命令字节（其中 R/W=1）
（2）对应的从机收到地址字节后，返回一个应答信号并向主机发送数据 （3）主机收到数据后向从机反馈一个应答信号 （4）从机收到应答信号后再向主机发送下一个数据  （5）当主机完成接收数据后，向从机发送一个“非应答信号（ACK=1）”，从机收到ASK=1 的非应答信号后便停止发送 主机所接收数据的数量是由主机自身决定 （6）主机发送非应答信号后，再发送一个停止信号，释放总线结束通信 06 广州创龙电子科技有限公司

19 复合模式 06 广州创龙电子科技有限公司 主机发送 从机接收 而后可能 从机发送，主机接收
例如存储器的读写操作，第一个数据字节传输，主机发送读取地址给从机 而后不放弃总线控制权，直接重复一个起始信号和从机地址，数据就开始被传输出来 06 广州创龙电子科技有限公司

20 总线死锁 06 广州创龙电子科技有限公司 主机发送，从机接收 从机：SDA拉低 输出应答信号 主机：异常复位，SCL为高电平
从机：等待SCL变低，以释放应答信号 主机：SDA低，判断总线被占用 等待… 等待… 从机发送，主机接收 从机：SDA拉低，输出数据位0 主机：异常复位，SCL为高电平 之前说过的有效数据位 1.将从机的电源设计为可控，当发生总线死锁的时将从机复位 2.可以在从机的程序中加入监测功能，如果总线长时间被拉低则释放对总线的控制 06 广州创龙电子科技有限公司

21 03 架构 第 3 部分

22 BLOCK DIAGRAM 06 广州创龙电子科技有限公司 1.寄存器 2.时钟控制 3.起始信号和停止信号检测 4.数据输入输出移位寄存器
5.地址比较器 I2C总线接收到数据后通过中断、地址总线、数据总线将数据传输给CPU 06 广州创龙电子科技有限公司

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