数据总线接口
I2C总线接口详解
应用领域拓展
智能家居
i2c总线接口在智能家居领域的应用不断拓展，如智能照明、智 能安防等。
工业控制
i2c总线接口在工业控制领域的应用也越来越广泛，如传感器数 据采集、电机控制等。
医疗设备
随着医疗技术的进步，i2c总线接口在医疗设备领域的应用也在 逐步增加，如医疗监测设备、医疗机器人等。
未来展望
标准化
i2c总线接口详解
• i2c总线接口概述 • i2c总线接口工作原理 • i2c总线接口硬件设计 • i2c总线接口软件编程 • i2c总线接口常见问题及解决方案 • i2c总线接口发展趋势与展望
01
i2c总线接口概述
i2c总线接口定义
I2C总线是一种串行总线，用于连接微控制器和各种外围设 备。它由两条线组成：一条是数据线（SDA），另一条是 时钟线（SCL）。
I2C总线允许多个主设备 同时工作，提高了系统
的灵活性。
I2C总线具有强大的寻址 能力，可以连接多个外
围设备。
i2c总线接口应用场景
传感器接口
I2C总线可以方便地连接各种传 感器，如温度传感器、光传感 器等。
存储器接口
I2C总线可以连接各种类型的存 储器，如EEPROM、RAM等。
实时时钟
I2C总线的实时时钟（RTC）外 围设备可以用于提供系统时间。
根据设备地址的寻址方式，选择合适的寻址模式， 以实现正确的设备寻址。
寻址操作
发送设备地址
在开始数据传输之前，主设备需要发送目标设备的地址，以标识 要与之通信的设备。
接收应答信号
主设备发送地址后，等待从设备返回的应答信号，以确认从设备已 准备好进行数据传输。
发送操作指令
主设备根据需要发送相应的操作指令，如读或写，以指示接下来的 数据传输方向。
总线形式接口电路原理图设计
• 总线接口概述 • 总线接口电路设计基础 • 总线接口电路原理图绘制 • 总线接口电路仿真与调试 • 总线接口电路优化与改进
01
总线接口概述
总线接口定义
总线接口是指计算机内部或设备之间 用于数据传输的连接方式，通过总线 接口可以实现设备之间的数据交换和 通信。
总线接口通常由一组标准化的信号线 组成，用于连接多个设备，实设备 之间的数据传输和控制。
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方案设计
根据需求分析，设计电路 方案，包括元件选择、电
路结构等。
仿真测试
通过仿真软件对电路原理 图进行测试和验证，确保
电路功能正确。
样品制作与测试
制作电路板样品，进行实 际测试和验证，确保满足
设计要求。
电路设计工具介绍
EDA工具
Electronic Design Automation，如AutoCAD、 OrCAD等，用于绘制原理图和PCB图。
信号的准确性和稳定性。
未来发展方向
集成化与小型化
随着集成电路技术的发展，总线接口电路将进一步向集成化和小型 化方向发展。
低功耗设计
随着对节能环保需求的增加，低功耗设计将成为总线接口电路的重 要发展方向。
高速传输与高带宽
随着数据传输速率的不断提高，总线接口电路将向高速传输和高带宽 方向发展。
THANKS
合理使用模板
利用原理图模板提高设计效率，减少重复绘制的工作量。
原理图绘制实例
UART总线接口电路原理图
SPI总线接口电路原理图
I2C总线接口电路原理图
实例1
实例2
实例3
04
总线接口电路仿真与调试
仿真工具介绍
01
各总线及接口介绍
各总线及接口介绍总线是计算机系统中不同组件之间进行通信的一种方式。
它由电子信号、控制信号和地址信号组成，用于在计算机系统内传输数据和控制信息。
接口是用于连接不同设备或组件的接头或接口，通过接口可以实现不同设备之间的通信和数据交换。
以下是几种常见的总线和接口的介绍。
PCI总线是一种广泛使用的计算机总线，用于连接计算机内部的扩展设备，如显卡、声卡、网卡等。
它提供高带宽的数据传输，支持热插拔和多设备共享总线的特性。
PCI总线有32位和64位两种版本，分别支持32位和64位的数据传输。
2. USB接口（Universal Serial Bus）USB接口是一种用于在计算机和外部设备之间传输数据和供电的通用接口。
它具有热插拔、多设备共享总线和高传输速度等特点。
USB接口支持不同版本，如USB1.1、USB2.0、USB3.0和USB4.0等，每个版本的传输速度和性能都有所提升。
3. SATA接口（Serial ATA）SATA接口是一种用于连接存储设备（如硬盘、光盘驱动器等）的串行接口。
相比于传统的并行ATA接口，SATA接口具有更高的传输速度和更小的物理连接线，可以提供更高的数据传输性能。
HDMI接口是一种用于音频和视频传输的接口，常用于连接计算机和高清显示器、电视等设备。
HDMI接口支持高清视频传输，同时也能传输音频信号。
它具有高质量的音视频传输、支持多通道音频和具有防抖和宽带数字内容保护等特点。
5. Ethernet接口Ethernet接口是一种用于计算机网络的接口，用于连接计算机、服务器、路由器等设备进行数据通信。
它是一种基于以太网技术的标准化接口，提供高速、全双工的数据传输能力。
Ethernet接口支持多种传输速率，如10 Mbps、100 Mbps和1000 Mbps等。
FireWire接口是一种用于高速数据传输和连接音频/视频设备的接口，常用于连接外部硬盘驱动器、摄像机等设备。
FireWire接口支持热插拔和点对点连接，可以提供高速、双向的数据传输速度。
总线接口单元的功能 -回复
总线接口单元的功能-回复总线接口单元的功能是将计算机系统的各个组件连接起来，使它们能够进行有效的数据交换和通信。
在现代计算机系统中，各个组件包括中央处理器、内存、输入输出设备等，而总线接口单元则充当着连接这些组件的桥梁，负责在它们之间传输数据、地址和控制信号。
总线接口单元通常包括以下几个关键功能：1. 数据传输：总线接口单元负责将数据在各个组件之间传输。
当中央处理器需要从内存中读取数据时，总线接口单元会将读取请求信号传送到内存，然后将所需的数据传输给中央处理器。
同样地，当中央处理器需要将计算结果写回内存时，总线接口单元也会负责将数据传输到相应的位置。
2. 地址传输：总线接口单元负责将地址信息传输给各个组件。
在计算机系统中，每个组件都有一个唯一的地址，用于访问和定位该组件的存储空间。
总线接口单元接收来自中央处理器的地址信息，然后将其传输给相应的组件，以便进行读取或写入操作。
3. 控制信号传输：总线接口单元负责传输控制信号，用于协调各个组件的操作。
例如，当中央处理器需要执行某个指令时，总线接口单元会向内存发出读取指令的请求，并传输适当的控制信号来确保指令的正确执行。
类似地，总线接口单元也能够传输其他控制信号，如清零信号、中断信号等，以控制和管理计算机系统的运行状态。
4. 性能优化：总线接口单元能够通过优化数据传输和请求处理来提高系统性能。
例如，它可以实现数据预读取和写缓冲等技术，以降低数据传输延迟；它还可以使用高速缓存来提高访问速度，减少对内存的频繁访问。
总线接口单元还可以利用乱序执行和预取等技术来提高指令执行效率，以及优化各个组件之间的数据传输。
总线接口单元作为计算机系统中的重要组成部分，发挥着至关重要的作用。
它不仅通过数据传输、地址传输和控制信号传输来连接和协调各个组件，还能通过性能优化来提高系统整体的运行效率。
总线接口单元的功能实际上是为了实现高效的数据交换和通信，有效地促进了计算机系统的工作和性能提升。
SPI通信总线接口定义及数据传输流程
SPI通信总线接口定义及数据传输流程SPI是一种高速的、全双工的、同步的通信总线，并且至多仅需使用4根线，节约了芯片的管脚，SPI通信协议主要应用于EEPROM、FLASH、ADC、DAC等芯片，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
SPI接口无线模块设备之间采用全双工模式通信，是一个主机和一个或者多个从机的主从模式。
主机负责初始化帧，这个数据传输帧可以用于读与写两种操作，片选线可以从多个从机选择一个来响应主机的请求。
SPI接口定义如下表：由上表也可以看出当SPI设备间数据传输通信时，数据线应该是MOSI连接MOSI，MISO连接MISO，SCLK与SCLK相连，而不是像串口那样TX、RX进行反接。
当只有单一SPI无线模块从机设备时，如果从机设备允许的话，可直接将CS/SS线固定在低电平。
然而类似于MAX1242这款需要CS/SS线的下降沿来触发的射频芯片，则必须将CC/SS线与主机相连。
如下图，为一主一从连接方式。
对于多个从机设备时，则每个从机都需要一根CS/SS线来于主机相连，从而达到主机能与任一从机通信的目的。
如下图，为一主多从的连接方式。
大多数从机设备都有着三态逻辑的特性，因此当设备未被选中时，它们的MISO 信号线会变成高阻抗状态（电气断开）。
没有三态输出的设备则需外接三态缓冲器才能与其他的从机设备共享SPI总线。
数据传输在SPI通信中，SPI主机设备以从机设备支持的频率通过SCLK线给到SPI从机设备，这点也意味着从机是无法主动向主机发送数据的，只能主机轮询向从机发或者从机设备主动通过一个IO口来告知主机数据到达。
在SPI每个时钟周期内，都会进行一次全双工数据的传输。
主机通过MOSI线上发送1bit时，从机也会在读取到之后通过MISO线发送1bit数据出去。
这说明，即使只进行单工通信，也会保持此通信顺序。
SPI传输通常涉及到两个给定了字长的移位寄存器。
例如在主机、从机中的8bit 的移位寄存器。
总线接口单元的功能
总线接口单元（Bus Interface Unit）是计算机系统中的一个重要组件，它负责连接和管理计算机内部与外部总线之间的数据传输和控制。
下面是总线接口单元的一些主要功能：
1. 总线控制：总线接口单元作为总线的控制器，负责管理和控制数据在计算机内部和外部总线之间的传输。
它根据指令和数据的要求，产生相应的总线控制信号，控制数据的读取、写入、请求和响应等操作。
2. 数据传输管理：总线接口单元负责管理计算机内部和外部设备之间的数据传输。
它根据处理器的需求，通过总线进行数据的读取和写入，协调各个组件之间的数据传递。
3. 地址解码：总线接口单元负责将处理器发出的内存地址或设备地址解码为对应的总线操作，以实现对内存或外设的访问。
4. 中断和异常处理：总线接口单元负责处理来自外部设备的中断请求和系统内部的异常请求。
它识别中断请求并将其传递给处理器，同时在处理器发生异常时提供相应的错误处理和异常跳转。
5. 性能优化：总线接口单元可以根据总线特性和处理器的工作状态，对总线的带宽、延迟以及传输速度进行优化，提高系统性能和效率。
总线接口单元的功能使得计算机系统各组件能够有效地协同工作，并与外部设备进行稳定、快速的数据交换，提供了计算机系统的基本的数据传输和控制功能。
TP I2C总线介绍
I2C总线接口一、 I2C总线协议I2C总线是一种串行数据传输总线，连接master（主机）和slave（从机），在两者间进行数据传输。
I2C总线有两根传输线，一根是时钟线SCL，一根是数据线SDA。
其中时钟线由主机控制，数据线是双向工作总线，传输数据，数据传输格式为每传输一个字节后传输一位应答位（应答位低电平有效）；两者均通过上拉电阻与电源连接，保持高电平。
+VccSCLSDAI2C总线连接I2C总线在主机和从机之间传输数据时可以分为主机向从机写入数据和从机由主机读取数据两种工作模式。
1、主机向从机写入数据在这种工作模式下主机作为发送器，发送数据；从机作为接收机，接收数据。
2、主机由从机读取数据在这种工作模式下从机作为发送器，发送数据；主机作为接收机，接收数据。
I2C 总线的工作原理：I2C 总线在传输数据时首先要判断其是否启动，启动后对从机进行寻址和读写判断，随后根据是否应答来传输数据，最后再判断总线是否停止。
I2C 总线启动判断：当SCL 处于高电平时，SDA 由高电平变为低电平，标志着总线启动。
I2C 总线停止判断：当SCL 处于高电平时，SDA 由低电平变为高电平，标志着总线停止。
当I2C 总线启动后且未停止时，SDA 在SCL 的低电平发生跳变，在SCL 高电平时保持稳定，保证数据能够被采集。
主机首先发送一个字节的数据对从机进行寻址和读写判断；其中数据的传输先发送最高位，第一个发送字节的高7位是从机地址，最低位是数据读写判断位。
当从机接收到地址后判断是否为其地址，然后对主机应答或非应答。
当主机接收到应答以后开始向从机写入数据或由从机读取数据。
主机向从机写入数据时，每完成一个字节，从机都向主机应答；主机由从机读取数据时，每完成一个字节，主机都对从机应答，当主机读完最后一个字节时主机对从机应答取反。
二、 模块数据流I2C总线接口模块设计图i2c_ctrl 模块：从机读写状态机模块i2c_shift模块：从机控制信号、应答等产生模块i2c_intf_ctrl模块：写串并转换、读数据存储模块主机向从机写入数据：主机首先向从机发送地址和写标志，当从机判断主机发送的地址为其地址时对主机应答，然后主机开始发送数据。
数据总线诊断接口J帧
Golf/Bora/New Beetle AG4 2001年 = 00007 在 2002年以后 = 00006
15.10.2020
30
13、宝来轿车的网关
没有使用 诊断总线
8
9
诊断插座
7
K线
27 28 25
19 20 89
15.10.2020
D动r力ive总Tr线ain CAN
Plug T32b ( green )
140 舒适/娱乐系统 音响 CAN模式
141 车速控制系统 CD
15.10.2020
司机车门电 乘客车门电
脑
脑
记忆电脑 空
巡航
电话
TV
空
35
三、故障分析
1、检查控制单元编码。 2、查询所有控制单元的故障记忆。 3、阅读数据块。 4、用示波器DSO或万用表测量 CAN BUS线波形和数据信息。
08 阅读数据块
* 选装
舒适总线
12
2、速腾的总线的传输速率
动力CAN
500KB
舒适CAN
100KB
信息娱乐CAN 100KB
仪表、KB
15.10.2020
13
3、动力系统总线：
J220 发动机控制单元
J217 自动变速箱控制单元
J104 J431 J500
带EDS的ABS 控制单元 大灯调节控制单元 机电式助力转向控制单元
15.10.2020
收音机 车载电话
行车方向指示
19
6、仪表CAN总线、诊断CAN总线：
诊断CAN总线
T16 诊断接口
J533 J285 J362
网关 仪表控制单元 防盗控制单元
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桂小林 5
5.1.3 输入/输出接口的分类
（1）按照与I/O设备的数据传送方式，可以分为并行接口和串 行接口，它们与I/O设备之间分别以并行和串行方式进行数 据传送；
（2）按照通用性可以分为通用接口和专用接口。通用接口可 以适用于多种I/O设备，比如Intel 8255A、Intel 8251A等接 口电路。专用接口如Intel 8279专门用于键盘和数码管的接 口电路，而Intel 8275专门用于CRT显示器的接口电路，实 现刷新操作的定时控制；
桂小林 2
5.1输入/输出接口的基本概念
1、I/O接口的定义 完成各个外设和主机之间的同步与协调、工作速度的匹配和
数据格式转换的逻辑部件称为I/O接口(I/O Interface)。 从功能上来说，微型计算机中的各种I/O控制器或设备控制
器（包括适配器或适配卡）都是I/O接口； 在大型机中的I/O模块就是担负大量复杂的外设控制任务的
计算机系统给I/O接口电路中的每个寄存器分配一个 端口，即给每个寄存器分配一个地址。当CPU访问 这些寄存器时，就执行I/O指令。
桂小林 9
在计算5机.2系.2统输中入，/O端口编址方式可以分为独立编址和 统一编址两种方式。
（1）独立编址方式 独立编址方式又称单独编址方式，给外部设备分配
专用的端口地址，进行独立编址，使它们成为一个 独立的I/O地址空间，与内存编址无关，
比如，在8086中，其内存地址范围是从00000H— FFFFFH连续的1MB，其Ｉ/Ｏ端口地址范围从0000H— FFFFH，它们互相独立，互不影响。
独立编址需要CPU用不同于内存读写操作的命令控制外 部设备，因此在单独编址方式中有专门的外部设备输入/ 输出指令， 如I桂N，小林OUT指令。
10
输入/输出端口的编址方式
MOV AL,[28H] IN AL,28H 不是同一个单元
桂小林 11
输入/输出端口的编址方式
（2）统一编址方式
统一编址方式又称为存储器映射编址，是指I/O端口与存储 器共享同一个地址空间，所有的存储单元只占用其中一部分 地址，而I/O端口则占用另一部分地址。
外设是通过输入/输出接口（简称I/O接口）与CPU（或主机） 交换数据信息。
输入/输出接口是连接外设与微处理器或单片机的桥梁，在 一个完整的计算机系统中，其作用和地位必不可少、非常重 要。
本章首先介绍计算机系统的输入/输出接口的基本概念、作 用，然后阐述输入/输出端口（简称I/O端口）的编址方式， 最后介绍输入/输出的传输控制方式及其常用芯片的原理与 方法。
由于两者使用同一个地址空间，所以访问I/O端口和存储器 可以使用相同的读写信号，在这种情况下，要求给各个存储 单元和各个I/O端口分配互不相同的地址，CPU通过不同地 址来选择某一个存储单元或I/O端口进行访问。
MOV AL,38H
；38H为内部RAM空间
MOVX A,@DPTR
；DPTR指向I/O空间
通道或I/O处理器。 I/O接口是连接外设和主机的一个“桥梁”。I/O接口的外设
侧、主机侧各有一个接口。 主机侧的接口称为内部接口，外设侧的接口称为外部接口，
内部接口通过系统总线和内存、CPU相连，而外部接口则通 过各种接口电缆（如，串行电缆、并行电缆、网线或SCSI 电缆等）将其连到外桂小设林上。
图5.3说明了两种编址方式中地址空间的关系。
下面重点讲述端口地址的概念和编址方法。
桂小林 7
5.2.2 输入/输出端口地址的概念
端口地址（俗称I/O端口）是I/O接口电路中能被 CPU直接访问的寄存器的地址。
根据存放信息种类的不同，这些端口又分别称为数 据端口、控制端口和状态端口。
每个端口通常对应一个寄存器。
桂小林 8
由于有的端口寄存器存放的二进制信息专门用来被 CPU读取，有的寄存器用于专门接收CPU发出来的 数据，因此，被CPU访问的寄存器端口地址又分为 输入端口和输出端口，故称为I/O端口。
目录
5.1输入/输出接口的基本概念(1/2) 5.2 输入/输出端口地址及编址方法(1/2) 5.3 输入/输出控制的接口设计(重点1) 5.3 中断控制接口芯片8259A(2) 5.4 DMA控制接口芯片8237A (2) 5.5 定时器/计数器接口芯片8253(重点4)
桂小林 1
概述
3
（1）数据缓冲2：、I/O接口的功能
主存和CPU寄存器的存取速度非常快，而外设速度则较低，所以在 I/O接口中引入数据缓冲寄存器，以达到主机和外设工作速度的匹配。
（2）错误或状态检测：
提供状态寄存器，以保存各种状态信息供CPU查用。
（3）控制和定时：
提供控制和定时逻辑，以接受从系统总线来的控制和定时信号。以协 调内部资源与外设间动作的先后关系，控制数据通信过程。
（3）按照可编程性可以分为可编程接口和不可编程接口。可 编程接口能够提供多种工作方式，根据具体应用通过软件编 程进行选择，适用范围较广，而不可编程接口则不具备这样 的性质。
（4和）D按M数A式据接传口送。的控桂制小方林式来分有程控式接口、中断式接口
6
5.2 输入/输出端口地址及编址方法
通常，I/O接口中三种信息由不同的寄存器传送，如 数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器和 控制寄存器（或命令寄存器），这些寄存器的读写 是通过不同的“端口地址”来区分的。
（4）数据格式转换：
提供数据格式转换部件（如：进行串-并转换的移位寄存器），使通 过外部接口得到的数据转换为内部接口需要的格式，或反之。
（5）电平转换：
CPU与I/O设备可能采用不同的电平，I/O接口则需要实现不同电平之 间的转换。
桂小林
4
5.1.2 输入/输出接口的逻辑结构
I/O接口一方面通过系统总线与CPU连接，另一方面又通过 通信总线与I/O设备连接，成为CPU与I/O设备之间交换信息 的桥梁。