i2c总线原理.doc

HYPERLINK"http://www.cnblogs.com/sinbad-li/archive/2012/07/06/2579920.html"I2C总线原理

♦什么是I2C总线？

I2C即InterIC，由Philips公司开发，是当今电子设计中应用非常广泛的串行总线之一，主要用于电压、温度监控，EEPROM数据的读写，光模块的管理等。
I2C总线只有两根线，SCL和SDA，SCL即SerialClock，串行参考时钟，SDA即SerialData，串行数据。

♦I2C总线的速率能达到多少？

标准模式下：100Kbps
快速模式下：400Kbps
高速模式下：3.4Mbps
I2C总线结构如下图所示：

如上图所示，I2C是OC或OD输出结构，使用时必须在芯片外部进行上拉，上拉电阻R的取值根据I2C总线上所挂器件数量及I2C总线的速率有关，一般是标准模式下R选择10kohm，快速模式下R选取1kohm，I2C总线上挂的I2C器件越多，就要求I2C的驱动能力越强，R的取值就要越小，实际设计中，一般是先选取4.7kohm上拉电阻，然后在调试的时候根据实测的I2C波形再调整R的值。
♦I2C总线上最多能挂多少个I2C器件？
I2C总线上允许挂接I2C器件的数量由两个条件决定：
1).I2C从设备的地址位数。I2C标准中有7位地址和10位地址两种。如果是7位地址，允许挂接的I2C器件数量为：27＝128，如果是10位地址，允许挂接的I2C器件数量为：210＝1024，一般I2C总线上挂接的I2C器件不会太多，所以现在几乎所有的I2C器件都使用7位地址。
2).挂在I2C总线上所有I2C器件的管脚寄生电容之和。I2C总线规范要求，I2C总线容性负载最大不能超过470pF。
♦I2C总线是如何工作的？

1).I2C总线传输的特点。
I2C总线按字节传输，即每次传输8bits二进制数据，传输完毕后等待接收端的应答信号ACK，收到应答信号后再传输下一字节。等不到ACK信号后，传输终止。空闲情况下，SCL和SDA都处于高电平状态。

2).如何判断一次传输的开始？

如上图所示，I2C总线传输开始的标志是：SCL信号处于高电平期间，SDA信号出现一个由高电平向低电平的跳变。

3).如何判断一次传输的结束？

如上图所示，I2C总线传输结束的标志是：SCL信号处于高电平期间，SDA信号出现一个由低电平向高电平的跳变。跟开始标识正好相反。

4).什么样的I2C数据才是有效的。

在SCL处于高电平期间，SDA保持状态稳定的数据才是有效数据，只有在SCL处于低电平状态时，SDA才允许状态切换。前面已经讲过了，SCL高电平期间，SDA状态发生改变，是传输开始/.结束的标志。
♦I2C总线的主要时序参数有哪些？
I2C总线的主要时序参数有：开始建立时间tSU:STA，开始保持时间tHD:STA，数据建立时间tSU:DAT，数据保持时间tSU:DAT，结束建立时间tSU:STO。如下图所示：

开始建立时间：SCL上升至幅度的90%与SDA下降至幅度的90%之间的时间间隔；
开始保持时间：SDA下降至幅度的10%与SCL下降至幅度的10%之间的时间间隔；
数据建立时间：SDA上升至幅度的90%或SDA下降至幅度的10%与SCL上升至幅度的10%之间的时间间隔；
数据保持时间：SCL下降至幅度的10%与SDA上升至幅度的10%或SDA下降至幅度的90%之间的时间间隔；
结束建立时间：SCL上升至幅度的90%与SDA上升至幅度的90%之间的时间间隔；

I2C总线的时序参数要求：

♦I2C总线如何进行读写操作？

如上图所示，I2C开始传输时，第一个字节的前7bit是地址信息(7位地址器件)，第8bit是操作标识，为“0”时表示写操作，为“1”时表示读操作，第9个时钟周期是应答信号ACK，低有效，高电平表示无应答，传输终止。在上图中还可以看出，正常情况下，写操作是I2C主设备方发起终止操作的，而读操作时，I2C主控制器在接收完最后一个数据后，不对从设备进行应答，传输终止。

♦I2C总线案例分析
问题描述：
在测试某I2C总线时，发现SDA数据线上有毛刺，而且出现的位置很有规律，一般在第9，18，27-----时钟周期的后面。如下图所示。

问题分析：

如上图所示，t1是I2C总线上的Slave设备应答信号ACK(第9个时钟周期输出)相对与参考时钟SCL下降沿的滞后时间。数据方向是Slave-->Master。t2是I2C总线上的Master设备在第10个时钟输出相对了参考时钟SCL的滞后时间。数据方向是Master-->Slave。∆t是Master设备与Slave设备输出数据延迟的时间差。

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