I2C时序分析和基础知识总结. ppt

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I2C总线只有两条双向信号线. 一个是数据线SDA，另一个是时钟线SCL. I2C总线通过上拉电阻连接到正电源. 总线空闲时，两条线都为高. 连接到总线的任何设备的低电平输出都会使总线的信号变低，也就是说，每个设备的SDA和SCL处于线“与”关系. 1.数据位的有效性规定，当I2C总线执行数据传输时，在时钟信号为高电平的期间内，数据线上的数据必须保持稳定，并且仅当时钟线的信号为低电平时，数据线为高电平仅允许更改电平或低电平状态. 2.在起始信号和结束信号SCL线为高电平期间，SDA线从高电平变为低电平表示起始信号；在SCL线为高电平期间，SDA线从低电平变为高电平. SDA线上的数据状态只能在SCL为低电平期间改变. 在SCL为高电平期间，SDA状态的变化用于指示启动和停止条件. I2C？总线是双向传输总线，因此主机和从机都可能成为和. 如果主机将数据发送到从机，则主机是，而从机是；如果主机从从机读取数据，则主机是，而从机是. 不管主机是还是，时钟信号都是？ SCL？必须由主机生成. ??每个设备都有唯一的地址标识，并且可以用作和（由设备的功能确定）.

很显然，LCD驱动程序只能是，而内存可以接收和发送数据. 如果连接到I2C总线的设备具有I2C总线硬件接口，则很容易检测开始和结束信号. 对于某些没有I2C总线硬件接口的微控制器，为了检测开始和结束信号，必须确保在每个时钟周期对数据线SDA进行两次采样. 接收设备收到完整的数据字节后，可能需要完成一些其他工作，例如处理内部中断服务等，可能无法立即接收下一个字节，那么接收设备可以拉SCL线低电平，使主机处于等待状态. 直到接收设备准备好接收下一个字节为止，然后释放SCL线使其变为高电平，以便继续进行数据传输. 3.数据传输格式（1）字节传输和响应每个字节必须为8位长. 传输数据时，首先传输最高位（MSB），并且每个传输字节后均必须有一个响应位（即，一帧总共有9位）. 当从机由于某种原因不响应主机的寻址信号时（例如，从机正在执行实时处理工作并且无法在总线上接收数据），它必须将数据线置于高电平，并且主机会生成一条终止信号结束总线上的数据传输. 如果从机响应主机但在一段时间的数据传输后不能继续接收更多数据，则从机可以通过“无响应”通知主机无法接收的第一个数据字节，主机应发出终止信号. 发出以结束数据的继续传输.

当主机接收数据时，它必须在接收到最后一个数据字节后向从机发送信号以结束传输. 该信号通过对从站的“无响应”来实现. 然后，从机释放SDA线以允许主机产生终止信号. 但是，如果从机必须先完成一些其他功能，然后才能接收或发送下一个完整数据字节，则时钟信号可以保持为低电平，以迫使主机进入等待状态. 这也是从机更改主机时钟的唯一情况. 当从机准备好接受下一个字节时，时钟线SCL被释放并且数据传输继续. （2）数据帧格式在I2C总线上传输的数据信号很宽泛，包括地址信号和实际数据信号. 在总线的数据传输过程中，可以有以下几种组合: 在启动信号之后，必须传输一个从地址（7位）. 第8位是数据传输方向位（R /）. 用“ 0”表示主机发送数据（T），用“ 1”表示主机接收数据（R），每次数据传输总是由主机产生的终止信号终止，但是，如果主机希望继续占用总线进行新的数据传输，它可以立即再次发出启动信号以寻址另一个从机，而不会产生终止信号； a. 主机将数据发送到从机，并且数据传输方向在整个传输过程中保持不变: 注意: 阴影部分表示数据已从主机传输到从机，而阴影部分表示数据已从主机传输到主机，A表示答复，A表示无响应（高级别）.

S表示开始信号，P表示结束信号. b. 在第一个字节之后，主机立即从从机读取数据. C. 在传输过程中，当需要更改传输方向时，起始信号和从机地址都生成一次，但是读/写两次. 方向位被完全反转. 4.总线的寻址I2C总线协议有明确规定: 使用7位寻址字节（寻址字节是起始信号之后的第一个字节）. （1）寻址字节D7〜D1的位定义构成从站的地址. D0位是数据传输方向位. 为“ 0”时，表示主机向从机写入数据；为“ 1”时i2c时序分析，表示主机从从机读取数据. 当主机发送地址时，总线上的每个从机都会将7位地址代码与其自己的地址进行比较. 如果相同，则认为它正在被主机寻址，并根据R / bit设备将其自身确定为或. 从站的地址由固定部分和可编程部分组成. 在系统中，您可能要访问多个相同的从站. 从站地址的可编程部分决定了可以连接到总线的此类设备的最大数量. 如果从站具有7个可寻址位，则4位是固定位，而3位是可编程位. 此时，只能寻址8个相同的设备，即，可以将8个相同的设备连接到系统中的I2C总线. （2）寻址字节中的特殊地址固定地址号0000和1111已保留用于特殊目的. 当起始信号之后的第一个字节的8位为“ 0000 0000”时，称为通用调用地址. 通用呼叫地址的目的在第二个字节中说明.

格式

是: 当第二个字节为06H时，所有可以响应通用调用地址的从设备都将被复位，并由硬件加载到从地址的可编程部分中. 可以响应命令的从设备不会在复位期间拉低SDA和SCL线，以免阻塞总线. 当第二个字节为04H时，所有能够响应通用呼叫地址并通过硬件定义其可编程地址的从设备将锁定该地址中的可编程位，但不会复位. 如果第二个字节的方向位B为“ 1”，则这两个字节命令称为硬件通用调用命令. 第二个字节的高7位表示您的地址. 连接到总线的智能设备（例如微控制器或其他微处理器）可以识别该地址并与之传输数据. 当硬件主设备用作从设备时，该地址也用作从设备地址. 格式为: 系统中的另一个选项可能是重置系统时，硬件主设备在从属模式下工作. 此时，系统中的主机首先告诉硬件主设备设备地址，从设备数据应发送到该地址. 当硬件当主机设备要发送数据时，它可以直接将数据发送到指定的从设备. （3）起始字节没有具有I2C总线接口的单片机，​​必须通过软件连续检查总线，以便及时响应总线请求. 单片机的速度和硬件接口设备的速度之间存在很大差异. 因此，在I2C总线上的数据传输必须遵循很长的初始过程. 起始字节是提供给没有I2C总线接口的微控制器以查询I2C总线的特殊字节.

引导过程包括一个启动信号i2c时序分析，一个启动字节，一个应答位和一个重复的启动信号（Sr）. 请求访问总线的主机发出启动信号后，它将发送启动字节（0000 0001）. 另一个的第二个起始信号Sr. 起始信号后的应答时钟脉冲仅与总线使用的格式一致，并且不需要设备在此脉冲期间做出响应. （4）10位寻址10位寻址与7位寻址向后兼容，可以组合使用. 10位寻址不会影响现有的7位寻址. 具有7位和10位地址的设备可以连接到同一I2C总线，并且它们都可以在F / S模式和Hs模式系统中使用. 10位从机地址由起始条件（S）或重复起始条件（Sr）之后的前两个字节组成. 第一个字节的前7位是11110XX的组合，其中后两位（XX）是10位地址的两个最高有效位（MSB）；第一个字节的第八位是R / W位，它确定消息的方向. 第一个字节的最低位为“ 0”，指示主机将信息写入所选的从机. “ 1”表示主机将从从机读取信息. 如果R / W位为0，则第二个字节是10位从机地址的其余8位.

如果R / W位为1，则下一个字节是从机发送到主机的数据. 主使用10位地址来寻址从. 主使用10位地址来寻址从组合格式. 主机使用10位地址寻址从机，然后将数据发送到从机并从从机读取数据. 1. I2C总线的数据传输速率？ I2C的通讯速率？总线由主机控制，可以快或慢. 但是最大速率是有限的. I2C上的数据传输速率是多少？总线在标准模式下为100kbps（每秒100k位），在快速模式下为400kbps. 根据最新的修订版本，比特率可以达到3.4Mbps. 2.子地址？除了从机地址（从机地址）之外，具有I2C总线的设备还可能具有子地址. 从地址是指主机通过I2C总线对设备进行寻址的地址，子地址是指设备内不同部件或存储单元的寻址. 例如，具有I2C总线接口的E2PROM是具有子地址的设备的典型代表. •一些设备的内部结构（只有少数）相对简单，可能没有子地址，只有必要的从机地址. 像从机地址一样，子地址实际上像普通数据一样进行传输. 传输格式仍然与数据统一. 传输和地址之间的差异取决于发送方和接收方之间的特定逻辑协议.

子地址的长度必须由整数个字节组成. 它可以是一个单字节（8位的子地址），也可以是一个双字节（16位的子地址）. 3？个字节. 以上，取决于特定的设备法规. 3.仲裁是一个过程，其中多个主机尝试同时控制总线，但是只允许其中一个主机控制总线，并且消息不会被破坏. 所有主机都在SCL线上生成自己的时钟，以在I2C总线上传输消息. 数据仅在时钟的高电平期间有效. 因此，逐位仲裁需要一定的时钟. 通过将I2C接口连接到SCL线路来执行时钟同步. 这意味着SCL线从高到低的切换将导致设备开始对其低电平周期进行计数，一旦设备的时钟变低，它将使SCL线保持此状态，直到达到时钟的高电平为止. 但是，如果另一个时钟仍处于低电平周期，则该时钟从低到高的切换将不会改变SCL线的状态. 因此，SCL线被具有最长低电平周期的器件保持低电平. 此时，低电平时间短的设备将进入高电平等待状态. 当所有相关器件计数完低电平周期后，时钟线被释放并变为高电平. 此后，设备时钟和SCL线的状态没有区别，所有设备将开始计数其高电平周期. 首先完成高电平周期的设备会再次将SCL线拉低，因此，生成的同步SCL时钟的低电平周期由低电平周期最长的设备确定，而高电平周期由高电平周期确定. 确定.

这是在仲裁之前发生的. 这部分称为同步. 主机仅在总线空闲时才能开始传输. 两个或更多主机可能会在启动条件（tHD; STA）的最短持续时间内生成一个启动条件，从而在总线上产生指定的启动条件. 当SCL线为高电平时，在SDA线上进行仲裁. 这样，当另一主机发送低电平时，发送高电平的主机将断开其数据输出级，因为总线上的电平与自身电源不一样. 仲裁下图显示了两个主机的仲裁过程，它们当然可能包含更多内容（取决于连接到总线的主机数量）. 此时，生成DATA1的主机的内部数据级别与SDA线的实际级别略有不同. 如果数据输出关闭，则意味着总线已连接至高输出电平. 这不会影响赢得仲裁的主机发起的数据传输. 由于I2C总线的控制仅由地址或主机代码以及竞争主机发送的数据确定，因此没有中央主机，并且总线没有任何自定义优先级. 1.大约400pF的负载电容（1）波形失真: 电容越大，滤波效果越明显. 当此电容太大时，很明显，通信信号的一部分将被滤除，从而导致波形失真，并且I2C可能会产生误码，从而妨碍正常通信. （2）总线驱动能力: 负载电容以一定速率决定总线的稳定性. 当输出为高电平时，电流通过上拉电阻为负载电容器充电.

上拉电阻越大，电容越大，所需时间越长. 如果超过通信周期的10％，则该上升沿将太慢，并且将影响相应的建立时间. I2C规格的最大负载电容为400pF，快速模式下为100pF，高速模式下为20pF（自行估算），2. I2C负载容量（1）负载电容. I2C负载不是纯粹的电阻负载. 负载输入端通常有一个等效的输入电容，通常为PF电平，这些负载都并联连接，因此负载越多，电容越大. （2）负载电感，其作用类似于电容. 该电感主要是走线和引脚带来的等效电感. （3）纯负荷. I2C的负载也可以等效于纯电阻. 负载越大，电阻越小，I2C的输出能力就越高. 超过I2C总线的负载容量时，它将无法正常工作.

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