通信接口介绍

IIC 通信

现今，在低端数字通信应用领域，我们随处可见IIC (Inter-Integrated Circuit) 和SPI (Serial Peripheral Interface) 的身影。原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips (for IIC )和Motorola (for SPI ) 出于不同背景和市场需求制定了这两种标准通信协议。

IIC开发于1982年，当时是为了给电视机内的CPU和外围芯片提供更简易的互联方式。电视机是最早的嵌入式系统之一，而最初的嵌入系统是使用内存映射( memory-mapped I/O) 的方式来互联微控制器和外围设备的。要实现内存映射，设备必须并联入微控制器的数据线和地址线，这种方式在连接多个外设时需大量线路和额外地址解码芯片，很不方便并且成本高。

为了节省微控制器的引脚和和额外的逻辑芯片，使印刷电路板更简单，成本更低，位于荷兰的Philips 实验室开发了‘Inter-Integrated Circuit '，IIC 或IIC ，一种只使

用二根线接连所有外围芯片的总线协议。最初的标准定义总线速度为100kbps。经历几次

修订，主要是1995年的400kbps，1998的。

有迹象表明，SPI总线首次推出是在1979年，Motorola公司将SPI总线集成在他们第一支改自68000 微处理器的微控制器芯片上。SPI 总线是微控制器四线的外部总线(相对于内部总线)。与IIC不同，SPI没有明文标准，只是一种事实标准，对通信操作的实现只作一般的抽象描述，芯片厂商与驱动开发者通过data sheets 和application notes 沟通实现上的细节。

IIC(INTER IC BUS)

IIC 的数据输入输出用的是一根线，但是由于IIC 的数据线是双向的，所以隔离比较复杂，SPI则比较容易。所以系统内部通信可用IIC,若要与外部通信则最好用SPI带隔离

(可以提高抗干扰能力)。但是IIC和SPI都不适合长距离传输。

IIC 总线是双向、两线(SCL、SDA)串行、多主控(multi-master )接口标准，具有总线仲裁机制，

非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。

IIC通信：是两根线，发送的开始状态和结束状态都与SCL有关，SDA上先发送设备地址，

后发送寄存器地址和数据。硬件简单，软件协议稍微多点，比如开始状态，结束状态，数据变化状态对时序都有严格要求

IIC 是多主设备的总线，IIC 没有物理的芯片选择信号线，没有仲裁逻辑电路，只使用两条信号线——‘serial data' (SDA) 和‘serial clock' (SCL)。IIC 协议规定：

1. 每一支IIC 设备都有一个唯一的七位设备地址；

2. 数据帧大小为8 位的字节；

3. 数据(帧)中的某些数据位用于控制通信的开始、停止、方向(读写)和应答机制。

IIC 数据传输速率有标准模式( 100 kbps )、快速模式( 400 kbps )和高速模式( Mbps)，另外一些变种实现了低速模式( 10 kbps )和快速+模式( 1 Mbps)。

物理实现上，IIC 总线由两根信号线和一根地线组成。两根信号线都是双向传输的，参考下图。IIC 协议标准规定发起通信的设备称为主设备，主设备发起一次通信后，其它设备均为从设备。

IIC通信过程大概如下。首先，主设备发一个START言号，这个信号就像对所有其它

设备喊：请大家注意！然后其它设备开始监听总线以准备接收数据。接着，主设备发送个7 位设备地址加一位的读写操作的数据帧。当所设备接收数据后，比对地址自己是否目标设备。如果比对不符，设备进入等待状态，等待STOP言号的来临；如果比对相符，设备会发送一个应答信

号一一ACKNOWLEDG E应。

当主设备收到应答后便开始传送或接收数据。数据帧大小为8 位，尾随一位的应答信号。主设备发送数据，从设备应答；相反主设备接数据，主设备应答。当数据传送完毕，主设备发送一个

STOP言号，向其它设备宣告释放总线，其它设备回到初始状态。

基于IIC总线的物理结构，总线上的START和STOP言号必定是唯一的。另外，IIC总线标准规定SDA线的数据转换必须在SCL线的低电平期，在SCL线的高电平期，SDA线的上数据是稳定的。

在物理实现上，SCL线和SDA线都是漏极开路(open-drain )，通过上拉电阻外加一个电压源，在总线没用工作的情况下，两根线默认为高电平。当把线路接地时，线路为逻辑0，当释放线路，线路空闲时，线路为逻辑1。基于这些特性，IIC 设备对总线的操作仅有“把线路接地”——输出逻辑0。

IIC 总线设计只使用了两条线，但相当优雅地实现任意数目设备间无缝通信，堪称完美。我们设想一下，如果有两支设备同时向SCL线和SDA线发送信息会出现什么情况。

基于IIC 总线的设计，线路上不可能出现电平冲突现象。如果一支设备发送逻辑0，其它发送逻辑1，那么线路看到的只有逻辑0。也就是说，如果出现电平冲突，发送逻辑0 的始终是“赢家”。

总线的物理结构亦允许主设备在往总线写数据的同时读取数据。这样，任何设备都可以检测冲突的发生。当两支主设备竞争总线的时候，“赢家”并不知道竞争的发生，只有“输家”发现了冲突——当“写一个逻辑1，却读到0 时——而退出竞争。

10位设备地址：任何IIC设备都有一个7位地址，理论上，现实中只能有127种不同的IIC 设备。实际上，已有IIC的设备种类远远多于这个限制，在一条总线上出现相同的地址的IIC设备的概率相当高。为了突破这个限制，很多设备使用了双重地址一一7位地

址加引脚地址（external configuration pins ）。IIC 标准也预知了这种限制，提出10位

的地址方案。