I2C 数据接口总线.docx

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总线工作原理总线的构成及信号类型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中共有三种类型信号， 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：接收数据的从控器在接收到8bit数据后，向发送数据的主控器发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向从控器发出一个信号后，等待从控器发出一个应答信号，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，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。编辑本段I2C总线操作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的第9位为ACK（应答位），决定了本条脉冲信息之後是否会进行下一次读写操作。在SCL高电平的时候，SDA为低电平时，表示应答位可以继续读写动作；在SCL为高电平时，SDA为高电平时，表示1，为非应答位，此时将终止I2C的传输动作。编辑本段I2C总线应用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。编辑本段举常I2C器件/I2C Device1、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编辑本段USB转I2C专用芯片：USB2I2CUSB转I2CDemo演示版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。TMS320C6713是一款高性能浮点DSP,内部集成2个I2C接口：I2C0和I2C1。其中,I2C1的引脚与McBSP1（Multichannel Buffered Serial Port 1,多通道缓存串口1）的引脚复用,默认情况下是激活McBSP1,使用I2C1必须将寄存器DEVCFG的最低位置12,3。I2C模块的结构如图1所示。 I2CDXR是发送缓存,I2CXSR是发送移位寄存器。总线上的数据送到I2CDXR之后,被拷贝到I2CXSR,按位移出,送到SDA,先移出的位是最高位。I2CDRR与I2CRSR分别是接收缓存和接收移位寄存器,负责将SDA上的数据移入,合并成字节后,放到接收缓存,并将数据发送到数据总线。 I2C模块有5种状态会产生中断信号,作为中断源提供给DSP中断系统调用,这5种状态是：准确好发送数据、准确好接收数据、可以访问寄存器、主机没收到响应信号和总线仲裁失败。因为I2C模块能够提供中断信号,可以编制中断处理函数,中断中相应I2C事件,确保了响应的实时性。 I2C模拟还可以与EDMA（Enhanced Direct Memory Access,增强型内存直接访问）配合工作。当数据由I2CDXR拷贝到I2CXSR或由I2CRSR拷贝到I2CDRR时,都会触发EDMA操作,EDMA会发送下一个数据或读取收到的数据。由于EDMA操作不占用DSP处理时间,可以大大提高DSP的运算速度,避免流水线被不停的打断,因此,如果使用I2C模块与外设进行数据量比较大的数据交换,比如,将缓存中的大量数据保存到I2C接口的Flash中,可以使用EDMA操作,如果交换的数据量比较小,而对实时性比较高,比如,接收I2C接口传感器的采集数据,可以采用DSP中断的方式;如果交换的数据量比较小,对实时性要求又不高,比如,对I2C设备进行设置,则可以使用DSP查询状态位的方式,本文例程使用I2C模块配置OV7620,采用查询方式。 为使I2C模块正常工作,必须为其提供驱动时钟,在TMS320C6713中,I2C模块的时钟由系统时钟经分频得到,如图2所示。 外接时钟为DSP系统的外接时钟,本文设计的系统时钟频率为25MHz,PLL为系统的锁相环,先对外接时钟分频,再倍频,锁定时钟,然后按照不