即I2C，一種總線結(jié)構(gòu)。
例如:內(nèi)存中的SPD信息,通過(guò)IIC，與BX芯片組聯(lián)系，IIC 存在于英特爾PIIX4結(jié)構(gòu)體系中。
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，把CPU和一個(gè)單獨(dú)工作系統(tǒng)所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外圍電路集成在一個(gè)單片內(nèi)而制成的單片機(jī)或微控制器愈來(lái)愈方便。目前，世界上許多公司生產(chǎn)單片機(jī)，品種很多。其中包括各種字長(zhǎng)的CPU，各種容量的ROM、RAM以及功能各異的I/O接口電路等等，但是，單片機(jī)的品種規(guī)格仍然有限，所以只能選用某種單片機(jī)來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法有兩種:一種是并行總線，另一種是串行總線。由于串行總線的連線少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，往往不用專門的母板和插座而直接用導(dǎo)線連接各個(gè)設(shè)備。因此，采用串行線可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，利用該總線可實(shí)現(xiàn)多主機(jī)系統(tǒng)所需的裁決和高低速設(shè)備同步等功能。因此，這是一種高性能的串行總線。
飛利浦電子公司日前推出新型二選一I2C主選擇器，可以使兩個(gè)I2C主設(shè)備中的任何一個(gè)與共享資源連接，廣泛適用于從MP3播放器到服務(wù)器等計(jì)算、通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域，從而使制造商和終端用戶從中獲益。PCA9541可以使兩個(gè)I2C主設(shè)備在互不連接的情況下與同一個(gè)從設(shè)備相連接，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外，新產(chǎn)品以單器件替代了I2C多個(gè)主設(shè)備應(yīng)用中的多個(gè)芯片，有效節(jié)省了系統(tǒng)成本。
I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。
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時(shí)必須是漏極開(kāi)路(OD)輸出或集電極開(kāi)路(OC)輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，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)。而串行時(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過(guò)SCL輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面還要檢測(cè)總線上的SCL電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平;作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的SCL信號(hào)發(fā)出或接收SDA上的信號(hào)，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。總線空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開(kāi)漏輸出，上拉電阻Rp使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號(hào)線變低，也就是說(shuō):各設(shè)備的SDA是"與"關(guān)系，SCL也是"與"關(guān)系。
總線對(duì)設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒(méi)有特殊的要求(NMOS、CMOS都可以兼容)。在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬(wàn)位，高速方式時(shí)在每秒四十萬(wàn)位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過(guò)400pF為限。
總線的運(yùn)行(數(shù)據(jù)傳輸)由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送(發(fā)出啟動(dòng)信號(hào))、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。
I2C總線上允許連接多個(gè)微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲(chǔ)器、LED及LCD驅(qū)動(dòng)器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺(tái)微處理器同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送(總線控制權(quán))沖突，以及決定由哪一臺(tái)微處理器控制總線的問(wèn)題，I2C總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺(tái)設(shè)備之間時(shí)鐘信號(hào)的同步過(guò)程稱為同步化。
在I2C總線傳輸過(guò)程中，將兩種特定的情況定義為開(kāi)始和停止條件(見(jiàn)圖3):當(dāng)SCL保持"高"時(shí)，SDA由"高"變?yōu)?低"為開(kāi)始條件;當(dāng)SCL保持"高"且SDA由"低"變?yōu)?高"時(shí)為停止條件。開(kāi)始和停止條件均由主控制器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測(cè)到開(kāi)始和停止條件，沒(méi)有這種接口的微機(jī)必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對(duì)SDA取樣，以檢測(cè)這種變化。
SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘"高"期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的"高"或"低"狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個(gè)字節(jié)必須要有一個(gè)應(yīng)答ACK。如果一接收器件在完成其他功能(如一內(nèi)部中斷)前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài);當(dāng)接收器準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時(shí)鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。I2C數(shù)據(jù)總線傳送時(shí)序如圖4所示。
數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控制器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉SDA線。當(dāng)尋址的被控器件不能應(yīng)答時(shí)，數(shù)據(jù)保持為高并使主控器產(chǎn)生停止條件而終止傳輸。在傳輸?shù)倪^(guò)程中，在用到主控接收器的情況下，主控接收器必須發(fā)出一數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)給被控發(fā)送器，從而使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以允許主控器產(chǎn)生停止條件。合法的數(shù)據(jù)傳輸格式如下:
I2C總線在開(kāi)始條件后的首字節(jié)決定哪個(gè)被控器將被主控器選擇，例外的是"通用訪問(wèn)"地址，它可以在所有期間尋址。當(dāng)主控器輸出一地址時(shí)，系統(tǒng)中的每一器件都將開(kāi)始條件后的前7位地址和自己的地址進(jìn)行比較。如果相同，該器件即認(rèn)為自己被主控器尋址，而作為被控接收器或被控發(fā)送器則取決于R/W位。
I2C總線是各種總線中使用信號(hào)線最少，并具有自動(dòng)尋址、多主機(jī)時(shí)鐘同步和仲裁等功能的總線。因此，使用I2C總線設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)十分方便靈活，體積也小，因而在各類實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。下面舉二個(gè)應(yīng)用示例。
I2C的運(yùn)用比如在鐵電存儲(chǔ)器中，用鐵電存儲(chǔ)數(shù)據(jù)就是用的I2C總線協(xié)議。
圖5是一個(gè)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。它用8XC752單片機(jī)的PWM輸出經(jīng)放大后來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由測(cè)速機(jī)測(cè)取并直接送到8XC752片內(nèi)的A/D電路。處理后的有關(guān)信息經(jīng)I2C總線送到LCD驅(qū)動(dòng)芯片PCF8577以驅(qū)動(dòng)64段LCD顯示板。
目前，51、96系列的單片機(jī)應(yīng)用很廣，但是由于它們都沒(méi)有I2C總線接口，從而限制了在這些系統(tǒng)中使用具有I2C總線接口的器件。通過(guò)對(duì)I2C總線時(shí)序的分析，可以用51單片機(jī)的兩根I/O線來(lái)實(shí)現(xiàn)I2C總線的功能。接I2C總線規(guī)定:SCL線和SDA線是各設(shè)備對(duì)應(yīng)輸出狀態(tài)相"與"的結(jié)果，任一設(shè)備都可以用輸出低電平的方法來(lái)延長(zhǎng)SCL的低電平時(shí)間，以迫使高速設(shè)備進(jìn)入等待狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)不同速度設(shè)備間的時(shí)鐘同步。因此，即使時(shí)鐘脈沖的高、低電平時(shí)間長(zhǎng)短不一，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳送，可以用軟件控制I/O口做I2C接口。下面就是用GMS97C2051的通用I/O口來(lái)作為I2C總線接口，并由軟件控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的例子，圖6為其連線圖。
在單主控器的系統(tǒng)中，時(shí)鐘線僅由主控器驅(qū)動(dòng)，因此可以用51系列的一根I/O線作為SCL的信號(hào)線，將其設(shè)置為輸出方式，并由軟件控制來(lái)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)。在實(shí)際系統(tǒng)中使用了P1.3。另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數(shù)據(jù)線，可在軟件控制下在時(shí)鐘的低電平期間讀取或輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程如下:先由單片機(jī)發(fā)出一個(gè)啟始數(shù)據(jù)信號(hào)，接著送出要訪問(wèn)器件的7位地址數(shù)據(jù)，并等待被控器件的應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)訪問(wèn)要求進(jìn)行相應(yīng)的操作。如果是讀入數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)線可一直設(shè)為輸入方式，中間不需要改變SDA線的工作方式，每讀入一個(gè)字節(jié)均應(yīng)依次檢測(cè)應(yīng)答信號(hào);如果是輸出數(shù)據(jù)，則首先將SDA設(shè)置為輸出方式，當(dāng)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，需要改變SDA線為輸入方式，此時(shí)讀入被控器件的應(yīng)答信號(hào)就完成了一個(gè)字節(jié)的傳送。當(dāng)所有數(shù)據(jù)傳輸完畢后，應(yīng)向SDA發(fā)出一個(gè)停止信號(hào)，以結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳輸。
下面給出51系列用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)啟始、停止、讀、寫、應(yīng)答的程序，讀者也可以根據(jù)I2C總線時(shí)序在96系列或其它單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)I2C總線接口。
a.啟動(dòng)位程序
ACK:CLR P1.3
NOP
NOP
SETB P1.2
NOP
NOP
NOP
CPL P1.3 ;P1.3=1
NOP
NOP
NOP
DENGDAI:JB P1.2，DENGDAI
RET
b.讀數(shù)據(jù)程序
讀字節(jié)可以在當(dāng)前地址讀(CURRENT
READ)，也可以隨機(jī)讀(RANDOM READ)，讀出數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)后不用加應(yīng)答信號(hào)。
READ:PUSH 0EH
CLR P1.4
LCALL BSTART ;START
MOV A，#0A0H ;SEND THE CNOTROL BYTE
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
MOV A，R1 ;SEND THE ADDRESS
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
LCALL BSTART ;START
MOV A，#0A1H ;SEND THE CNOTROL BYTE
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
LCALL READBYTE
LCALL BSTOP
POP 0EH
RET
送字節(jié)程序:
SENDBYTE:PUSH 0EH
PUSH 00H
MOV R0,#08H
LOOP1:CLR P1.3
NOP
NOP
RLC A
MOV P1.2,C
CPL P1.3 ;P1.3=1
NOP
NOP
DJNZ R0,LOOP1
POP 00H
POP 0EH
RET
讀字節(jié)子程序:
READBYTE:PUSH 0EH
PUSH 00H
MOV R0，#08H;READ THE CONTENT
CLR A
LOOP4:CLR P1.3
NOP
NOP
NOP
SETB P1.3 ;P1.3=1
MOV C,P1.2
RLC A
DJNZ R0,LOOP4
MOV R2,A
POP 00H
POP 0EH
RET
c.寫數(shù)據(jù)程序:
WRITE:PUSH 0EH
CLR P1.4
LCALL BSTART
MOV A，#0A0H
CLALL SENDBYTE ;SEND THE CONTROL BYTE
LCALL ACK
MOV A，R1 ;SEND THE ADDRESS
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
MOV A，R2 ;WRITE THE CONTENT
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
LCALL BSTOP
POP 0EH
RET
連續(xù)寫的兩個(gè)字節(jié)之間最好是有10ms的延時(shí)。當(dāng)然，也可以進(jìn)行頁(yè)寫(PAGE
WRITE)，即一次性連續(xù)寫8個(gè)字節(jié)，但采用頁(yè)寫方式時(shí)每個(gè)字節(jié)后要有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。
d.停止位程序:
BSTOP:CLR P1.3
NOP
NOP
CLR P1.2
NOP
NOP
NOP
SETB P1.3
NOP
NOP
NOP
SETB P1.2
RET
// IIC開(kāi)始
void Start()
{
SDA=1;SCL=1;NOP4();SDA=0;NOP4();SCL=0;
}
// IIC 結(jié)束
void Stop()
{
SDA=0;SCL=0;NOP4();SCL=1;NOP4();SDA=1;
}
// IIC 讀取應(yīng)答
void RACK()
{
SDA=1;NOP4();SCL=1;NOP4();SCL=0;
}
// IIC 發(fā)送非應(yīng)答
void NO_ACK()
{
SDA=1;SCL=1;NOP4();SCL=0;SDA=0;
}
// IIC向從設(shè)備寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)
void Write_A_Byte(uchar b)
{
uchar i;
for(i=0;i<8;i++)
{
b<<=1;SDA=CY;_nop_();SCL=1;NOP4();SCL=0;
}
RACK();
}
// IIC 向從設(shè)備的指定地址寫入數(shù)據(jù)
void Write_IIC(uchar addr,uchar dat)
{
Start();
Write_A_Byte(0xa0);
Write_A_Byte(addr);
Write_A_Byte(dat);
Stop();
DelayMS(10);
}
// IIC 從從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)
uchar Read_A_Byte()
{
uchar i,b;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL=1;b<<=1;B|=SDA;SCL=0;
}
return b;
}
// IIC 從從設(shè)備的當(dāng)前地址讀取數(shù)據(jù)
uchar Read_Current()
{
uchar d;
Start();
Write_A_Byte(0xa1);
d=Read_A_Byte();
NO_ACK();
Stop();
return d;
}
// IIC 從從設(shè)備的任意地址讀取數(shù)據(jù)
uchar Random_Read(uchar addr)
{
Start();
Write_A_Byte(0xa0);
Write_A_Byte(addr);
Stop();
return Read_Current();
}
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