单片机原理与接口技术课件 单片机系统常用串行扩展技术

I2C总线的外围扩展器件大都是CMOS器件，总 线有足够的电流驱动能力，因此总线扩展的节点数 由负载电容特性决定，I2C总线的驱动能力为400 pF。 可根据器件的I2C总线接口的等效电容确定可扩展的 器件数目和总线的长度，以减小总线传输的延迟和 出错。
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单片机原理与接口技术(第2版).李晓林.电子工业出版社
----总线信号，时钟
(4)数据信号：地址和数据均以字节为单位，且高位在前，低位在 后。数据接收方每接收一字节数据都产生一个应答信号。发送 器必须在接收器发送应答信号前，预先释放对SDA线的控制 (SDA=1)，以便主控器件对SDA线上应答信号的检测。
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9.1.1 I2C串行总线
----总线器件寻址方式
器件的地址由4位固定位和3位可编程位组成。固定位由生产
厂家给出，用户不能改变。可编程位与器件的地址管脚的连接相 对应，当系统中使用了多个相同芯片时可以进行正确的访问。
不同的器件有时会有 相同的固定地址编码，例 如静态RAM器件PCF8570 和EEPROM器件PCF8582 的固定位均为1010，此时 通过可编程位进行区分， 如图所示。
数据接收方可以接收数据时, 产生应答信号(ACK) 。当主器 件接收从器件送来的最后一个数据后, 必须给从器件发一个非 应答信号(NACK), 令从器件释放SDA信号线, 这样主器件可 以发送终止信号来结束数据的传输。
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9.1.1 I2C串行总线
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9.1.1 I2C串行总线
----特性
由于I2C总线的双向特性，总线上的主器件和从器件都可能 成为发送器和接收器。
在主器件发送数据或命令时，主器件是发送器（主发送 器）；
在主器件接收从器件的数据时，主器件为接收器（主接收 器）；
从器件在接收主器件命令或数据时，从器件是接收器（从 接收器）；
所有I2C器件都连接在SDA和SCL上。 单片机系统采用I2C总线可方便地扩展外部存储器、AD和DA 转换器、实时时钟、键盘、显示等接口电路。如下图。
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9.1.1 I2C串行总线
----电气性能
为了避免总线信号混乱和冲突，I2C总线接口电 路均为漏极开路或集电极开路，总线上必须有上拉 电阻。上拉电阻与电源电压VDD和SDA/SCL总线串 接电阻Rs有关，一般可选5~10K。
单片机原理与接口技术课件 单片机系统常用串行扩展技 术
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当主器件发送了数据帧的第一个字节后，总线上连接的从器 件会将接收到的地址数据与自己的地址进行比较，被选中的从器 件再根据方向位确定是接收数据还是发送数据。
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9.1.1 I2C串行总线
----数据传输过程
4．I2C总线的的数据传输过程
从器件向主器件返回数据时则是发送器（从发送器）。
由于采用串行数据传输方式，其传输速率不是太高。
标准模式下数据传输速率为100 kb/s； 快速模式下传输速率为400 KB/s； 高速模式传输速率为3.4 Mb/s。
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单片机原理与接口技术(第2.1.1 I2C串行总线
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9.1.1 I2C串行总线
----工作及寻址方式
2．I2C总线的工作方式
I2C总线支持多主和主从两种工作方式。一般的设计中 I2C总线工作在主从工作方式，I2C总线上只有一个主器件，
其它均为从器件。主器件对总线具有控制权。在多主方式中，
通过硬件和软件的仲裁，主控制器取得总线控制权。
3．I2C总线的器件寻址方式
----特点
采用I2C总线设计系统具有如下的优点： (1) 实际的器件与功能框图中的功能模块相对应，所有I2C器
件共用一条总线，便于将框图转化成原理图。
(2) 在两条线上完成寻址和数据传输，节省电路板体积。 (3) 器件通过内置地址结合可编程地址的方式寻址，不需设
计总线接口；增加和删减系统中的外围器件，不会影响 总线和其他器件的工作，便于系统功能的改进和升级。
I2C总线必须由主控器件控制，主控器件产生起始和停
止条件，控制总线的传输方向，并产生时钟信号同步数据传
输，如下图所示。
总线上信号有： 起始信号(S), 终止信号(P), 应答信号(A/NA), 数据信号等
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9.1.1 I2C串行总线
(4) 数据传输协议可以使系统完全由软件来定义，应用灵活 适应面广。
(5) 通过多主器件模式可以将外部调试设备连接到总线上， 为调试、诊断提供便利。
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9.1.1 I2C串行总线
----I2C总线
1．I2C总线的电气连接
I2C总线采用二线制传输，分别是： 串行数据线SDA（Serial Data Line） 串行时钟线SCL（serial clock line）
总线信号：
----总线信号
(1)起始信号(S)：在时钟信号SCL为高电平时，数据线SDA从高 电平变为低电平产生起始条件，标志着启动I2C总线。
(2)终止信号(P)：在时钟信号SCL为高电平时，数据线SDA从低 电平变为高电平，标志着终止I2C总线传输过程。
(3)应答信号(A/NA)：I2C协议规定总线每传输一字节数据后，都 要有一个应答位。应答位由接收器件产生，即主器件向从器件 发送数据时，应答位由从器件产生；主器件接收从器件数据时， 应答位由主器件产生。
I2C总线上连接的器件都是总线上的节点，每个时刻只 有一个主控器件操控总线。每个器件都有一个唯一确定的地
址，主控器件通过这个地址实现对从器件的点对点数据传输。
器件的地址由7位组成，其后附加了1位方向位，确定数据的 传输方向。这8位构
成了传输起始状态S后的
第一个字节，如图所示。
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