I2C全面理解

I2C我是想全面深入的從嵌入式軟件工程師的角度做個(gè)理解,剛剛還申請(qǐng)了一個(gè)專(zhuān)欄,這個(gè)好好寫(xiě).

學(xué)習(xí)技術(shù)從外文文檔看起～～

要全面了解I2C,可以從《I2C-bus specification and user manual》看起.I2C最初是由Philips提出的,那么這文檔就是由NXP維護(hù)的.

I2C總線被全球超過(guò)50個(gè)公司的1000+個(gè)ICs所使用,已然是一個(gè)世界標(biāo)準(zhǔn).另外,I2C總線與多種不同的控制總線是兼容的,比如SMBus(系統(tǒng)管理總線),PMBus(電源管理總線),IPMI(智能平臺(tái)管理總線),DDC(顯示數(shù)據(jù)通道)以及ATCA(高級(jí)電信架構(gòu)).如果沒(méi)記錯(cuò)的話,linux中的I2C框架是完全支持SMBus的.
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我們接下來(lái)要了解I2C總線是如何工作的,在一個(gè)具體應(yīng)用中如何設(shè)計(jì).I2C的數(shù)據(jù)傳輸,握手以及總線仲裁機(jī)制都需要了解.I2C總線在每種操作模式下的時(shí)序和電氣特性都需要了解,這里還是從嵌入式軟件工程師的角度著重了解時(shí)序特性.

I2C總線的特性:

在消費(fèi)電子,通信以及工業(yè)電子中,看起來(lái)不相關(guān)的設(shè)計(jì)中有很多類(lèi)似的地方.例如,基本上每個(gè)系統(tǒng)都包括:

1.一些智能控制,通常是單芯片的微控制器

2.通用的電路:LCD和LED驅(qū)動(dòng)器,遠(yuǎn)程IO口,RAM,EEPROM,RTC或者DAC\ADC.

3.面向應(yīng)用的電路:比如收音機(jī)和視頻系統(tǒng)的數(shù)字調(diào)諧和信號(hào)處理電路,溫度傳感器和智能卡.

為了讓這些共同之處對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和設(shè)備廠商都有用,也為了最大化硬件的有效性和電路的簡(jiǎn)單性,Philips半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的雙向2線的總線,實(shí)現(xiàn)了IC之間的有效控制.這個(gè)總線就被稱(chēng)為I2C總線.所有兼容I2C總線的設(shè)備都包含一個(gè)片上的接口,允許它們直接通過(guò)I2C總線進(jìn)行通信.這個(gè)設(shè)計(jì)解決了在設(shè)計(jì)數(shù)字控制電路時(shí)帶來(lái)的很多接口問(wèn)題.

下面是I2C總線的一些特性:

1.只需要兩根線,一個(gè)串行數(shù)據(jù)線(SDA)額一個(gè)串行時(shí)鐘線(SCL).

2.可以通過(guò)軟件方式和一個(gè)唯一的地址來(lái)尋找到每一個(gè)連接到總線的設(shè)備,簡(jiǎn)單的主從關(guān)系一直存在.主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或者主機(jī)接收器.

3.它是真正的多主機(jī)總線,如果有兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)初始化數(shù)據(jù)傳輸,可以通過(guò)沖突檢測(cè)和仲裁來(lái)防止數(shù)據(jù)被破壞.

4.串行的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸在標(biāo)準(zhǔn)模式下達(dá)到100kb/s,快速模式下是400kb/s,超速模式下是3.4Mb/s.

5.串行的8位單向數(shù)據(jù)在快速模式下可以達(dá)到5Mb/s.

6.片上的濾波器可以保護(hù)數(shù)據(jù)完整性.

7.總線上連接的最大IC數(shù)量由總線最大的電容所限制.

系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的好處:

由于I2C總線是個(gè)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的總線,不需要額外的接口.所以在系統(tǒng)升級(jí)或者修改時(shí),可以簡(jiǎn)單的換IC.

廠商的好處:

符合I2C總線的IC不僅幫助了設(shè)計(jì)者,同樣給設(shè)備廠商很多好處,因?yàn)?

1.I2C只有兩根線,所以IC的pin腳會(huì)少,PCB的面積會(huì)小,成本會(huì)降.

2.完整的I2C總線協(xié)議不需要地址譯碼器或其他邏輯電路.

這只是一些好處.另外,符合I2C總線的IC會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性.IC很容易升級(jí),比如需要一個(gè)更大的ROM,只需要選擇一個(gè)有更大ROM的微控制器就可以了.

IC設(shè)計(jì)者的好處:

微控制器的設(shè)計(jì)者經(jīng)常要考慮輸出pin腳.I2C協(xié)議允許在沒(méi)有單獨(dú)尋址信號(hào)和芯片使能信號(hào)的條件下各種外設(shè)的連接.另外,帶I2C接口的微控制器在市場(chǎng)上更受歡迎,因?yàn)橛泻芏嗤庠O(shè)可以選.

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