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I C总线 讲解 2020 4 9 概念 I C总线是Philips公司推出的两线式串行总线 用于微控制器及其外围设备 是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准 它是同步通信的一种特殊方式 具有接线少 控制方式简单 通信速率较高等优点 它以两根连线实现了完善的全双工同步数据传送 可以极方便的构成多机系统和外围器件扩展系统 I C总线采用了器件地址的硬件设置方法 通过软件寻址完全避免了器件的片选寻址方法 从而使硬件系统具有最简单而灵活的扩展方法 I C相关术语 主机 提供时钟信号 对总线时序进行控制的器件 主机负责总线上各个设备信息的传输控制 检测并协调数据的发送和接收 从机 除主机外其他设备均为从机 从机之间无法通信 任何数据传输必须通过主机进行 地址 每一个I C器件都有自己的地址 以供自己在从机模式下使用 在标准I C中定义从机地址是7位 发送器 发送数据到总线的器件 接收器 从总线接收数据的器件 仲裁 是一个在有多个主机同时尝试控制总线 但只允许其中一个控制总线并使报文不被破坏的过程 同步 两个或多个器件同步时钟信号的过程 I C总线只有两根双向信号线 一根数据线SDA 另一根是时钟线SCL 如图所示 I C总线通过上拉电阻接正电源 当总线空闲时 两根线均为高电平 连到总线上的任一器件输出的高电平 都使总线的信号变低 即各器件的SDA及SCL都是线 与 关系 如图所示 特点 1 总线只有两根 一条串行数据线SDA 一条串行时钟线SCL 2 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机 从机关系软件设定地址 主机可以作为主机发送器或主机接收器 3 它是一个真正的多主机总线 如果两个或更多主机同时初始化 数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏 4 串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit s 快速模式下可达400kbit s 高速模式下可达3 4Mbit s 5 连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容400pF限制 总线数据传送 I C总线进行数据传送时 时钟信号为高电平期间 数据上的数据必须保持稳定 只有在时钟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 如图 1 数据位的有效规定 2 起始信号和终止信号 SCL线为高电平期间 SDA线由高电平向低电平跳变 主机就向从机产生开始信号 当总线空闲的时候 主机通过发送开始信号建立通信 SCL线为高电平期间 SDA线由低电平向高电平跳变 产生停止信号 主机通过发送停止信号 结束数据通信 如图 3 数据传送格式 I C总线发送器送到SDA线上的每个字节必须为8位长 传送时高位在前 低位在后 与之对应 主器件在SCL线上产生8个脉冲 第9个脉冲低电平期间 发送器释放SDA线 接收器把SDA线拉低 以给出一个接收确认位 每传1个字节需要9个时钟脉冲 如图 1 字节传送与应答 2 数据帧率格式 I C总线上传的数据是广义的 既包括地址信号 又包括真正的数据信号 在起始信号传送一个从机的地址 第八位是数据的传送方向位 0 表示主机发送数据 T 1 表示主机接收数据 R b 主机在第一个字节后 立即从从机读数据 c 传送过程中 需要改变传送方向时 起始信号和从机地址都被重复产生一次 两次读 写方向相反 a 主机向从机发送数据 数据的传送方向在整个传送过程中不变 4 总线的寻址 I C总线上所有的外围器件都需要唯一的7位地址 由器件地址和引脚地址组成