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2012年(1008)

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2012-07-31 11:40:55

1.  IIC规范

IIC(InterIntegrated 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。IIC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。

2.1      IIC总线的特点

IIC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IIC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。IIC总线的另一个优点是,它支持多主控(multimastering) 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。

2.2      IIC总线工作原理

2.2.1              总线构成及信号类型

IIC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、ICIC之间进行双向传送,最高传送速率100kbps。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,IIC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:

Ø        地址码用来选址,即接通需要控制的电路,确定控制的种类;

Ø        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。

IIC总线在传送数据过程中共有三种类型信号:

Ø        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。

Ø        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。

Ø        数据传输信号:在开始条件以后,时钟信号SCL的高电平周期期问,当数据线稳定时,数据线SDA的状态表示数据有效,即数据可以被读走,开始进行读操作。在时钟信号SCL的低电平周期期间,数据线上数据才允许改变。每位数据需要一个时钟脉冲。

Ø        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IIC接口。带有IIC接口的单片机有:CYGNAL C8051F0XX系列,PHILIPSP87LPC7XX系列,MICROCHIPPIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供IIC接口。

2.3       总线基本操作

IIC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(SCL)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。

2.3.1  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。

2.3.2  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。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序。

2.3.3  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。

2.3.4  总线仲裁

主机只能在总线空闲的时候启动传输。两个或多个主机可能在起始条件的最小持续内产生一个起始条件,结果在总线上产生一个规定的起始条件。

SCL线是高电平时,仲裁在SDA线发生:这样,在其他主机发送低电平时,发送高电平的主机将断开它的数据输出级,因为总线上的电平和它自己的电平不同。

仲裁可以持续多位。从地址位开始,同一个器件的话接着就是数据位(如果主机-发送器),或者比较相应位(如果主机-接收器)。IIC总线的地址和数据信息由赢得仲裁的主机决定,在这个过程中不会丢失信息。

仲裁不能在下面情况之间进行:

Ø        重复起始条件和数据位;

Ø        停止条件和数据位;

Ø        重复起始条件和停止条件。

2.4       特性总结

Ø        IIC肯定是2线的(不算地线)IIC协议确实很科学,3/4线的SPI要好,当然线多通讯速率相对就快了

Ø        IIC的原则是

l        SCL=1(高电平),SDA千万别忽悠!!!否则,SDA下跳则"判罚""起始信号S",SDA上跳则"判罚""停止信号P".

l        SCL=0(低电平),SDA随便忽悠!!!(可别忽悠过火到SCL跳高)

Ø        每个字节后应该由对方回送一个应答信号ACK做为对方在线的标志.非应答信号一般在所有字节的最后一个字节后.一般要由双方协议签定.

Ø        SCL必须由主机发送,否则天下大乱

Ø        首字节是"片选信号",7位从机地址加1位方向(读写)控制.从机收到(听到)自己的地址才能发送应答信号(必须应答!!!)表示自己在线.其他地址的从机不允许忽悠!!!(当然群呼可以忽悠但只能听不许说话)

Ø        读写是站在主机的立场上定义的.""是主机接收从机数据,""是主机发送数据给从机.

Ø        重复位主要用于主机从发送模式到接收模式的转换"信号",由于只有2线,所以收发转换肯定要比SPI复杂,因为SPI可用不同的边沿来收发数据,IIC不行.

Ø        在硬件IIC模块,特别是MCU/ARM/DSP等每个阶段都会得到一个准确的状态码,根据这个状态码可以很容易知道现在在什么状态和什么出错信息.

Ø        7IIC总线可以挂接127个不同地址的IIC设备,0"设备"作为群呼地址.10IIC总线可以挂接更多的10IIC设备.

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