I2C总线
第11章 I2C总线图文图文课件
02
4.发送应答位函数 函数原型：void
ack_I2C(void); 功能：向从器件发送应答信号。
5.发送非应答位函数 函数原型：void nack_I2C(void); 功能：向从器件发送非应答信号。 I2C总线数据模拟传送除了上述基
本的启动、停止、发送应答位、发送 非应答位之外，还需要发送一个字节 数据、接收一个字节数据、发送n个字 节数据、接收n个字节数据的函数。
=1表示主
节点对从节点的读操作)，其余的字节为操作数据。
01
图11-2为I2C总线基本信号的时序。图中包括起 始信号、停止信号、应答信号、非应答信号以及传 输数据"0"和数据"1"的时序。
起始信号是在SCL线为高电平时，SDA线从高变化 到低；停止信号是在SCL线为高电平时，SDA线从低 变化到高；应答信号是在SCL为高时SDA为低；非应 答1.信开号始相条反件，和是结在束S条CL件为高时SDA为高。传输数据“0” 和数据“1仅”当与总发线送空应闲答(位SC和L和非S应DA答均位为时高序电图平是)时相，同数据传送才能开始。此时 的总。线上的任何器件均可以控制总线。当SCL为高电平时，SDA由高变到低为开 始条件，当SCL为高电平时，SDA由低变到高为结束条件。
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6
I2C总线概述 I2C总线协议 I2C总线信号的模拟 24C02器件 实践训练—I2C总线使用 思考与练习
I2C总线(Inter-Integrated Circuit)是PHILIPS公司80年代推出的芯
片间串行传输总线，只利用2根线(SDA数据线、SCL时钟线)即可实现完善
主机发送地址时，总线上的每一个从机都将这7位地址码与自已的器件地址 进行比较，如果相同则认为自已正被主机寻址，根据读写位将自已确定为发送 器或接收器。
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。
i2c 时序状态
i2c 时序状态
I2C总线是一种串行数据总线，用于连接微控制器（MCU）和外部设备。
它的时序状态包括：
- 启动信号：SCL为高电平的时候，SDA由高电平向低电平跳变。
- 结束信号：SCL为高电平的时候，SDA由低电平向高电平跳变。
- 数据传送时序：由于一个I2C总线上可以挂多个设备，因此开始信号后，要先发送7bit的从设备地址；第8个bit表示读或者写，该信号由主机发送；然后从机会发送ACK 的应答信号；之后才是要发送的数据，数据发送完，从机再发送ACK信号。
- 空闲状态：由I2C的启动条件可知，I2C总线在空闲时需要总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平。
- 总线仲裁：I2C总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况，这种情况叫做总线竞争。
在使用I2C总线时，必须严格遵循其时序要求，以确保数据传输的可靠性和准确性。
如需了解更多关于I2C总线的信息，可以补充相关背景后再次向我提问。
I2C串行总线工作原理及应用
I2C串行总线工作原理及应用I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行总线协议，用于连接芯片和外设，允许它们之间进行通信和数据交换。
I2C总线由飞利浦公司（现在的恩智浦半导体）于1980年代初引入，是一种简单、高效、可扩展的通信协议。
I2C总线由两根信号线组成，分别是SCL（串行时钟线）和SDA（串行数据线），可以连接多个设备，每个设备都有一个唯一的地址，设备之间可以通过发送和接收数据来进行通信。
I2C总线的工作原理如下：1.主从模式：在I2C总线上，一个设备必须充当主设备，其他设备充当从设备。
主设备负责生成时钟信号和控制整个通信流程，从设备只能在主设备允许时传输数据。
2.起始和停止条件：通信开始时，主设备会发送一个起始条件来指示数据的传输开始。
而通信结束时，主设备会发送一个停止条件来指示数据的传输结束。
3.传输过程：在传输数据之前，主设备首先会发送一个地址码来指定要通信的从设备。
然后，主设备将数据传输到从设备（写操作）或从设备将数据传输给主设备（读操作）。
每个数据字节都会被从设备确认，并继续传输下一个数据字节。
4.时钟和数据线：SCL线用于同步数据传输的时钟信号，SDA线用于传输实际的数据。
数据传输是按字节进行的，每个字节有8个位，其中第一个位是数据位，后面的7个位是地址位或数据位。
I2C总线的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1.传感器：I2C总线可以用于将传感器连接到主控芯片。
例如，温度传感器、湿度传感器、光照传感器等可以通过I2C总线传输采集到的数据给主控芯片进行处理和分析。
2. 存储器：I2C总线可以连接EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）和其他类型的存储器芯片，用于存储数据和程序。
主控芯片可以通过I2C总线读取和写入存储器中的数据。
3.显示器：一些液晶显示器和OLED显示器可以通过I2C总线与主控芯片进行通信。
I2C总线
双向二线制同步串行总线
01 工作原理
03 数据传输
目录
02 特征 04 模式
基本信息
I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上 的器件之间传送信息。
主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器 件．在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件， 则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据， 首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下．主机负 责产生定时时钟和终止数据传送。
6、连接到总线的外部上拉器件必须调整以适应快速模式I2C总线更短的最大允许上升时间。对于负载最大是 200pF的总线，每条总线的上拉器件可以是一个电阻，对于负载在200pF~400pF之间的总线，上拉器件可以是一个 电流源（最大值3mA）或者是一个开关电阻电路。
高速模式
高速模式（Hs模式）器件对I2C总线的传输速度有巨大的突破。Hs模式器件可以在高达3.4Mbit/s的位速率 下传输信息，而且保持完全向下兼容快速模式或标准模式（F/S模式）器件，它们可以在一个速度混合的总线系 统中双向通讯。
Hs模式传输除了不执行仲裁和时钟同步外，与F/S模式系统有相同的串行总线协议和数据格式。
高速模式下I2C总线规范如下：
1、Hs模式主机器件有一个SDAH信号的开漏输出缓冲器和一个在SCLH输出的开漏极下拉和电流源上拉电路。 这个电流源电路缩短了SCLH信号的上升时间，任何时候在Hs模式，只有一个主机的电流源有效；
i2c默认总线频率
i2c默认总线频率
I2C（Inter-Integrated Circuit）总线的默认频率通常取决于特定的设备或制造商。
然而，大多数标准的I2C总线设备通常以100 kHz或400 kHz的默认频率运行。
这两种频率是I2C标准中定义的标准模式和快速模式。
在标准模式下，总线频率为100 kHz，而在快速模式下，总线频率为400 kHz。
然而，需要注意的是，有些设备或制造商可能会使用不同的默认频率，因此在使用特定设备之前，最好查阅其数据手册或规格说明以获取准确的默认频率信息。
此外，一些高性能的I2C设备还支持更高的频率，如1 MHz或更高。
这些高速模式通常需要特殊的设置和条件，以确保总线的稳定性和可靠性。
总的来说，I2C总线的默认频率通常是100 kHz或400 kHz，但具体的频率还是需要根据具体的设备或制造商来确定。
在实际应用中，确保遵循设备规格和数据手册中关于总线频率的建议是非常重要的。
I2C总线
IC卡技术及其应用
速率
标准模式下，100kb/s 高速模式下，400kb/s
I2C总线
I2C总线上的数据位传送
SCL高电平时，SDA上必须保持有稳定的逻辑电平状态
高电平为数据1，低电平为数据0
SCL低电平时，允许SDA的电平状态变化
I2C总线
I2C总线上的数据位传送
I2C总线
三种类型信号
起始信号
SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据
从器件
接收控制字节的器件则被称为从器件
任一器件都可以作为主器件或从器件
I2C总线
I2C总线的基本操作——控制字节
在起始信号之后 bit7～bit4，器件的类型识别符 bit3～bit1，片选 bit0，读、写选择位
1为读操作，0为写操作
I2C总线
I2C总线的基本操作——写操作
写字节、写页 操作时序
I2C总线
I2C总线的基本操作——读操作
随机读
读取指定地址的数据
当前地址读
读取当前地址的数据
顺序读
读取连续的数据
I2C总线
I2C总线的基本操作——读操作
操作时序
I2C总线
与MCS-51系列单片机接口
P1和）上拉至5V电源 或者用P0或P2口按位控方式
停止信号
SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，终止传送数据
I2C总线
三种类型信号
应答信号
接收数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数据的器件发出特 定的低电平脉冲，表示已收到数据
I2C总线
串行总线上的数据通信
I2C总线
I2C总线的基本操作——器件概念
主器件
i2c的工作流程
i2c的工作流程
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信总线，它主要由两条线路组成：一条是串行数据线（SDA），另一条是串行时钟线（SCL）。
I2C总线具有以下特点：
1. 只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL；
2. 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址寻址；
3. 传送数据必须以8位字节方式传送；
4. I2C设备发送数据高位在前；
5. SCL时钟线始终由主设备控制。
I2C总线的工作流程如下：
1. 开始命令：在SCL线处于高电平期间，SDA线由高电平跳变为低电平，这被称为负
跳变。
2. 停止命令：在SCL线处于低电平期间，SDA线由低电平跳变为高电平，这被称为正
跳变。
3. 数据传输：I2C设备之间的数据传输是在SCL线为高电平时完成的。
只有在SCL线
处于低电平时，发送方才能改变所发送的数据。
4. 写应答：主设备每向从设备写完一次数据（一字节8位）后，都需要等待从设备的应答信号。
从设备的应答信号是在SCL的第九个脉冲时将SDA线置为低电平。
5. 读应答：主设备在读完一次数据（一字节8位）后，需要给从设备一个应答信号。
读应答实际上是从设备在接收完一个字节后，在SCL的第九个脉冲时将SDA线置为高电平。
6. 重复上述步骤：在完成一次数据传输后，I2C总线可以进行下一次数据传输。
整个I2C通信过程由主设备发起和控制，从设备根据主设备的指令进行响应。
通过I2C总线，主设备可以与多个从设备进行通信，实现系统的监控和控制功能。
I2C总线
I2C总线组成及工作原理I2C总线是PHILIPS公司的一个创举，它只由两根线组成（时钟信号线SCL，数据信号线SDA），却可以轻而易举地实现多主机系统与多从机之间的协调配合。
可谓“简约而不简单”。
I2C实现这些功能有赖与其独特的设计。
总线仲裁可以解决多主机同时发信号而引起的数据混乱问题；各器件之间都是线与的关系，可以有效协调高低速器件的运行速度不同的问题；采用串行总线技术可使硬件设计大大简化、系统体积减小、可靠性提高。
同时，系统的更改和扩充极为容易。
一、I2C总线概述I2C总线只有两根双向信号线。
一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。
I2C总线通过上拉电阻接正电源。
当总线空闲时，两根线均为高电平。
连到总线上班的任一个设备输出低电平，都将使总线信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线与的关系。
每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。
主机与其他器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其他器件，这时主机即为发送器。
接收数据的器件为接收器。
器件也可发送数据到主机。
在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。
为了避免混乱，I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。
二、I2C总线的数据传输格式1)字节传输与应答每一个字节必须为八位长度，后接一个应答信号。
数据传送时，先送最高位（MSB），每一个字节后都必须跟一个应答位，即一帧有九位。
由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机在处理数据时），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号来终止传输。
如果从机对主机进行了应答，数据传输一段时间后无法继续接收更多的数据，从机可以通过对无法接收的第一个字节的“非应答”通知主机。
主机则发出终止信号终止传输。
2）数据帧格式在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。
每次数据传输都是主机产生终止信号结束。
i2c总线的工作原理与应用
i2c总线的工作原理与应用1. 简介i2c（Inter-Integrated Circuit）总线是一种常见的串行通信总线，用于在集成电路之间进行数据传输。
它采用两根线（SDA和SCL）进行通信，支持多主机和多从机的连接。
i2c总线通常用于连接传感器、存储器、显示器等设备。
2. 工作原理i2c总线采用主从式架构。
主机（Master）负责控制总线的访问和数据传输，从机（Slave）接收并响应主机的指令。
2.1 信号线i2c总线有两根信号线：•SDA（Serial Data Line）：用于传输数据。
•SCL（Serial Clock Line）：用于同步数据传输。
2.2 传输模式i2c总线支持两种传输模式：•标准模式（Standard Mode）：最大传输速率为100kbps。
•快速模式（Fast Mode）：最大传输速率为400kbps。
2.3 通信流程i2c总线的通信流程如下：1.主机发送起始信号（Start）：主机将SDA从高电平拉到低电平，然后拉低SCL线。
2.主机发送地址和读写位：主机发送从机的地址和读写位，指定数据是读取还是写入操作。
3.从机应答：从机接收地址和读写位后，发送应答信号（ACK）给主机。
4.数据传输：主机和从机之间传输数据，每个字节都要从高位（MSB）依次传输到低位（LSB）。
5.应答验证：每个字节传输后，接收方发送应答信号，表示接收成功。
6.停止信号（Stop）：主机发送停止信号，将SDA从低电平拉到高电平，然后拉高SCL线。
应用案例i2c总线广泛应用于各种电子设备中，以下是一些常见的应用案例：3.1 传感器模块传感器模块通常使用i2c总线进行数据传输。
例如，温度传感器可以通过i2c 总线将实时温度数据发送给主控制器，以便进行温度监测和控制。
3.2 存储器i2c总线可以连接到存储器芯片，用于存储和读取数据。
例如，实时时钟芯片可以使用i2c总线来存储和读取时间数据。
3.3 显示器一些液晶显示器可以通过i2c总线进行控制和数据传输。
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I2C总线
百科名片
I2C总线
I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。
I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。
例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。
可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
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详细说明
I2C 总线的发展
高速模式
详细说明
I2C 总线的发展
高速模式
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详细说明
1 I2C总线特点
I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。
由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。
总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。
I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimast ering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。
一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。
当然，在任何时间点上只能有一个主控。
2 I2C总线工作原理
2.1 总线的构成及信号类型
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率1 00kbps。
各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。
CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控
制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。
这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。
若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。
带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICRO CHIP的PIC16C6XX系列等。
很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I 2C接口。
3 总线基本操作
I2C规程运用主/从双向通讯。
器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。
主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。
总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（S CL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。
SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
3.1 控制字节
在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。
3.2 写操作
写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。
3.3 读操作
读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。
图4给出的是顺序读的时序图。
应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。
为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。
在I2C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点:
1）严格按照时序图的要求进行操作，
2）若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。
3）程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP
指令加一定的延时。
4）为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。
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I2C 总线的发展
在现代电子系统中，有为数众多的IC 需要进行相互之间以及与外界的通信。
为了提供
硬件的效率和简化电路的设计，PHILIPS 开发了一种用于内部IC 控制的简单的双向两线串
行总线I2C(inter IC 总线)。
I2C 总线支持任何一种IC 制造工艺，并且PHILIPS 和其他厂商
提供了种类非常丰富的I2C 兼容芯片。
作为一个专利的控制总线，I2C 已经成为世界性的工
业标准。
每个I2C 器件都有一个唯一的地址，而且可以是单接收的器件（例如：LCD 驱动
器）或者可以接收也可以发送的器件（例如：存储器）。
发送器或接收器可以在主模式
或从模式下操作，这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。
I2C 是一个
多主总线，即它可以由多个连接的器件控制。
早期的I2C 总线数据传输速率最高为100Kbits/s，采用7 位寻址。
但是由于数据传
输速率和应用功能的迅速增加，I2C 总线也增强为快速模式（400Kbits/ s）和10 位寻址
以满足更高速度和更大寻址空间的需求。
I2C 总线始终和先进技术保持同步，但仍然保持其向下兼容性。
并且最近还增加了
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高速模式
高速模式，其速度可达3.4Mbits/s。
它使得I2C 总线能够支持现有以及将来的高速串行
传输应用，例如EEPROM 和Flash 存储器。