2.3.2　I²C

I²C（內(nèi)置集成電路）總線是由Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I²C總線簡(jiǎn)單而有效，占用的PCB（印制電路板）空間很小，芯片引腳數(shù)量少，設(shè)計(jì)成本低。I²C總線支持多主控（Multi-Mastering）模式，任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主設(shè)備。主控能夠控制數(shù)據(jù)的傳輸和時(shí)鐘頻率，在任意時(shí)刻只能有一個(gè)主控。

組成I²C總線的兩個(gè)信號(hào)為數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL。為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端必須是開漏輸出或集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)?？偩€空閑時(shí)，上拉電阻使SDA和SCL線都保持高電平。根據(jù)開漏輸出或集電極開路輸出信號(hào)的“線與”邏輯，I²C總線上任意器件輸出低電平都會(huì)使相應(yīng)總線上的信號(hào)線變低。

“線與”邏輯指的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸出直接互連就可以實(shí)現(xiàn)“與”的邏輯功能，只有輸出端是開漏（對(duì)于CMOS器件）輸出或集電極開路（對(duì)于TTL器件）輸出時(shí)才滿足此條件。工程師一般以“OC門”簡(jiǎn)稱開漏或集電極開路。

I²C設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。同樣地，串行時(shí)鐘線SCL也是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)要通過SCL輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，并檢測(cè)總線上SCL上的電平以決定什么時(shí)候發(fā)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平；作為接收主機(jī)命令的從設(shè)備需按總線上SCL的信號(hào)發(fā)送或接收SDA上的信號(hào)，它也可以向SCL線發(fā)出低電平信號(hào)以延長(zhǎng)總線時(shí)鐘信號(hào)周期。

當(dāng)SCL穩(wěn)定在高電平時(shí)，SDA由高到低的變化將產(chǎn)生一個(gè)開始位，而由低到高的變化則產(chǎn)生一個(gè)停止位，如圖2.10所示。

圖2.10　I²C總線的開始位和停止位

開始位和停止位都由I²C主設(shè)備產(chǎn)生。在選擇從設(shè)備時(shí)，如果從設(shè)備采用7位地址，則主設(shè)備在發(fā)起傳輸過程前，需先發(fā)送1字節(jié)的地址信息，前7位為設(shè)備地址，最后1位為讀寫標(biāo)志。之后，每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也是1字節(jié)，從MSB開始傳輸。每個(gè)字節(jié)傳完后，在SCL的第9個(gè)上升沿到來(lái)之前，接收方應(yīng)該發(fā)出1個(gè)ACK位。SCL上的時(shí)鐘脈沖由I²C主控方發(fā)出，在第8個(gè)時(shí)鐘周期之后，主控方應(yīng)該釋放SDA，I²C總線的時(shí)序如圖2.11所示。

圖2.11　I²C總線的時(shí)序