IIC总线的研究

在目前比较流行的几种串行扩展总线中，IIC总线以其严格的规范和众多带IIC接口的外围器件而获得广泛的应用。 IIC总线是PHILIPS公司推出的芯片间串行传输总线。它以1根串行数据线（SDA）和1根串行时钟线（SCL）实现了全双工的同步数据传输。随着IIC总线研究的深入，它已经广泛应用于视/音频领域、IC卡行业和一些家电产品中，在智能仪器、仪表和工业测控领域也越来越多地得到应用。
1. IIC总线硬件结构
IIC串行总线有两根信号线：一根双向的数据线SDA；另一根是时钟线SCL。所有接到IIC总线上的设备的串行数据都接到总线的SDA线，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL。
总线对设备接口电路的制造工艺和电平都没有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。数据传送率按IIC总线可高达每秒十万位，高速方式可高达每秒四十万位。
 总线的运行（数据传输）由主控器控制。主控器启动数据的传送（发出启动信号），发出时钟信号，传送结束时发出停止信号，通常主控器是微处理器。被主控器寻访的设备都称为从机。为了进行通讯，每个接到IIC总线的设备都有一个唯一的地址，以便于主控器寻访。
2. IIC总线时序
 在IIC总线传输过程中，将两种特定的情况定义为开始和停止条件（如图1）：当SCL保持“高”，SDA由“高”变为“低”时为开始条件；SCL保持“高”，SDA由“低”变为“高”是为停止条件。开始和停止条件由主控器产生。使用硬件接口可以很容易地检测开始和停止条件，没有这种接口的微机必须以每时钟周期至少两次对SDA取样以检测这种变化。



                        图1   总线开始/停止 

SDA线上的数据在时钟“高”期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号为低时，数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。

输出到SDA线上的每个字节必须是8位，每次传输的字节不受限制，每个字节必须有一个应答为ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一内部中断）前不能接收另一数据的完整字节时，它可以保持时钟线SCL为低，以促使发送器进入等待状态，当接收器械准备好接受数据的其它字节并释放时钟SCL后，数据传输继续进行。IIC数据总线传送时序如图2。



            图2 总线数据传送时序
数据传送具有应答是必须的。与应答对应的时钟脉冲由主控器产生，发送器在应答期间必须下拉SDA线。当寻址的被控器件不能应答时，数据保持为高，接着主控器产生停止条件终止传输。在传输的过程中，当用到主控接收器的情况下，主控接收器必须发出一数据结束信号给被控
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发送器，被控发送器必须释放数据线，以允许主控器产生停止条件。合法的数据传输格式如图3所示：
 

[align=center]超始位[/align]

[align=center]被控接收器地址[/align]

[align=center]R/W[/align]

[align=center]应答位[/align]

[align=center]数据[/align]

[align=center]应答位[/align]

[align=center]、、、、[/align]

[align=center]停止位[/align]

[align=center] 图3[/align]
[align=left]IIC总线在开始条件后的首字节决定哪个被控器将被主控器选择，例外的是“通用访问”地址，它可以寻址所有期间。当主控器输出一地址时，系统中的每一器件都将开始条件后的前七位地址和自己地址比较。如果相同，该器件认为自己被主控器寻址，而作为被控接收器或被控发送器则取决于R/W位。[/align]

3. IIC总线特点

由上面的介绍可以看出IIC总线的特点主要表现在以下几个方面： （1） 硬件结构上具有相同的硬件接口界面。IIC总线系统中，任何一个IIC总线接口的外围器件，不论其功能差别有多大，都是通过串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）连接到IIC总线上。这一特点给用户在设计应用系统中带来了极大的便利性。用户不必理解每个IIC总线接口器件的功能如何，只要将器件的SDA和SCL引脚连到IIC总线上，然后对该器件模块进行独立的电路设计，从而简化了系统设计的复杂性，提高了系统抗干扰的能力，符合EMC (Electromagnetic Compatibility)设计原则。 （2） 总线接口器件地址具有很大的独立性。在单主系统中，每个IIC接口芯片具有惟一的器件地址，由于不能发出串行时钟信号而只能作为从器件使用。各器件之间互不干扰，相互之间不能进行通信，各个器件可以单独供电。FPGA与IIC器件之间的通信是通过独一无二的器件地址来实现的。 （3） 软件操作的一致性。由于任何器件通过IIC总线与DSP进行数据传送的方式是基本一样的，这就决定了IIC总线软件编写的一致性。 （4） PHILIPS公司在推出IIC总线的同时，也为IIC总线制订了严格的规范，如：接口的电气特性、信号时序、信号传输的定义等。规范的严密性，结构的独立性和硬、软件接口界面的一致性，极大地方便了IIC总线设计的模块化和规范化。

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