IIC Incoming International Center 入局國際中心
1、Incoming International Center -- 入局國際中心
2、即I2C，一種總線結(jié)構(gòu)。
IIC 是作為英特爾IC 的互補(bǔ)，這種總線類型是由菲利浦半導(dǎo)體公司在八十年代初設(shè)計(jì)出來的，主要是用來連接整體電路(ICS) ，IIC是一種多向控制總線，也就是說多個(gè)芯片可以連接到同一總線結(jié)構(gòu)下，同時(shí)每個(gè)芯片都可以作為實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃�。這種方式簡化了信號傳輸總線。例如：內(nèi)存中的SPD信息,通過IIC，與BX芯片組聯(lián)系，IIC 存在于英特爾PIIX4結(jié)構(gòu)體系中。
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，把CPU和一個(gè)單獨(dú)工作系統(tǒng)所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外圍電路集成在一個(gè)單片內(nèi)而制成的單片機(jī)或微控制器愈來愈方便。目前，世界上許多公司生產(chǎn)單片機(jī)，品種很多。其中包括各種字長的CPU，各種容量的ROM、RAM以及功能各異的I/O接口電路等等，但是，單片機(jī)的品種規(guī)格仍然有限，所以只能選用某種單片機(jī)來進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法有兩種：一種是并行總線，另一種是串行總線。由于串行總線的連線少，結(jié)構(gòu)簡單，往往不用專門的母板和插座而直接用導(dǎo)線連接各個(gè)設(shè)備。因此，采用串行線可大大簡化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，利用該總線可實(shí)現(xiàn)多主機(jī)系統(tǒng)所需的裁決和高低速設(shè)備同步等功能。因此，這是一種高性能的串行總線。
1 I2C總線的硬件結(jié)構(gòu)
I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。典型的I2C總線結(jié)構(gòu)如圖1所示。
為了避免總線信號的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時(shí)必須是開漏輸出或集電極開路輸出。設(shè)備與總線的接口電路如圖2所示。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平；作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的SCL信號發(fā)出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號以延長總線時(shí)鐘信號周期�？偩�空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻Rp使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號線變低，也就是說：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系。
總線對設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬位，高速方式時(shí)在每秒四十萬位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過400pF為限。
總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號）、發(fā)出時(shí)鐘信號以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。
I2C總線上允許連接多個(gè)微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲(chǔ)器、LED及LCD驅(qū)動(dòng)器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺(tái)微處理器同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（總線控制權(quán)）沖突，以及決定由哪一臺(tái)微處理器控制總線的問題，I2C總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺(tái)設(shè)備之間時(shí)鐘信號的同步過程稱為同步化。
2 I2C數(shù)據(jù)傳輸
在I2C總線傳輸過程中，將兩種特定的情況定義為開始和停止條件（見圖3）：當(dāng)SCL保持“高”時(shí)，SDA由“高”變?yōu)椤暗汀睘殚_始條件；當(dāng)SCL保持“高”且SDA由“低”變?yōu)椤案摺睍r(shí)為停止條件。開始和停止條件均由主控制器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測到開始和停止條件，沒有這種接口的微機(jī)必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對SDA取樣，以檢測這種變化。
SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個(gè)字節(jié)必須要有一個(gè)應(yīng)答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)接收器準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時(shí)鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。I2C數(shù)據(jù)總線傳送時(shí)序如圖4所示。
數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控制器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉SDA線。當(dāng)尋址的被控器件不能應(yīng)答時(shí)，數(shù)據(jù)保持為高并使主控器產(chǎn)生停止條件而終止傳輸。在傳輸?shù)倪^程中，在用到主控接收器的情況下，主控接收器必須發(fā)出一數(shù)據(jù)結(jié)束信號給被控發(fā)送器，從而使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以允許主控器產(chǎn)生停止條件。合法的數(shù)據(jù)傳輸格式如下：
I2C總線在開始條件后的首字節(jié)決定哪個(gè)被控器將被主控器選擇，例外的是“通用訪問”地址，它可以在所有期間尋址。當(dāng)主控器輸出一地址時(shí)，系統(tǒng)中的每一器件都將開始條件后的前7位地址和自己的地址進(jìn)行比較。如果相同，該器件即認(rèn)為自己被主控器尋址，而作為被控接收器或被控發(fā)送器則取決于R/W位。
3 I2C總線的應(yīng)用
I2C總線是各種總線中使用信號線最少，并具有自動(dòng)尋址、多主機(jī)時(shí)鐘同步和仲裁等功能的總線。因此，使用I2C總線設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)十分方便靈活，體積也小，因而在各類實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。下面舉二個(gè)應(yīng)用示例。
3.1 伺服控制系統(tǒng)用I2C擴(kuò)展LCD顯示器
圖5是一個(gè)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。它用8XC752單片機(jī)的PWM輸出經(jīng)放大后來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由測速機(jī)測取并直接送到8XC752片內(nèi)的A/D電路。處理后的有關(guān)信息經(jīng)I2C總線送到LCD驅(qū)動(dòng)芯片PCF8577以驅(qū)動(dòng)64段LCD顯示板。
3.2 通用I/O端口作為I2C總線接口
目前，51、96系列的單片機(jī)應(yīng)用很廣，但是由于它們都沒有I2C總線接口，從而限制了在這些系統(tǒng)中使用具有I2C總線接口的器件。通過對I2C總線時(shí)序的分析，可以用51單片機(jī)的兩根I/O線來實(shí)現(xiàn)I2C總線的功能。接I2C總線規(guī)定：SCL線和SDA線是各設(shè)備對應(yīng)輸出狀態(tài)相“與”的結(jié)果，任一設(shè)備都可以用輸出低電平的方法來延長SCL的低電平時(shí)間，以迫使高速設(shè)備進(jìn)入等待狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)不同速度設(shè)備間的時(shí)鐘同步。因此，即使時(shí)鐘脈沖的高、低電平時(shí)間長短不一，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳送，可以用軟件控制I/O口做I2C接口。下面就是用GMS97C2051的通用I/O口來作為I2C總線接口，并由軟件控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的例子，圖6為其連線圖。
在單主控器的系統(tǒng)中，時(shí)鐘線僅由主控器驅(qū)動(dòng)，因此可以用51系列的一根I/O線作為SCL的信號線，將其設(shè)備為輸出方式，并由軟件控制來產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號。在實(shí)際系統(tǒng)中使用了P1.3。另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數(shù)據(jù)線，可在軟件控制下在時(shí)鐘的低電平期間讀取或輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的過程如下：先由單片機(jī)發(fā)出一個(gè)啟始數(shù)據(jù)信號，接著送出要訪問器件的7位地址數(shù)據(jù)，并等待被控器件的應(yīng)答信號。當(dāng)收以應(yīng)答信號后，根據(jù)訪問要求進(jìn)行相應(yīng)的操作。如果是讀入數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)線可一直設(shè)為輸入方式，中間不需要改變SDA線的工作方式，每讀入一個(gè)字節(jié)均應(yīng)依次檢測應(yīng)答信號；如果是輸出數(shù)據(jù)，則首先將SDA設(shè)置為輸出方式，當(dāng)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，需要改變SDA線為輸入方式，此時(shí)讀入被控器件的應(yīng)答信號就完成了一個(gè)字節(jié)的傳送。當(dāng)所有數(shù)據(jù)傳輸完畢后，應(yīng)向SDA發(fā)出一個(gè)停止信號，以結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳輸。
下面給出51系列用匯編語言實(shí)現(xiàn)啟始、停止、讀、寫、應(yīng)答的程序，讀者也可以根據(jù)I2C總線時(shí)序在96系列或其它單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)I2C總線接口。
a.啟動(dòng)位程序
ACK：CLR P1.3
NOP
NOP
SETB P1.2
NOP
NOP
NOP
CPL P1.3 ；P1.3=1
NOP
NOP
NOP
DENGDAI：JB P1.2，DENGDAI
RET
b.讀數(shù)據(jù)程序
讀字節(jié)可以在當(dāng)前地址讀（CURRENT
READ），也可以隨機(jī)讀（RANDOM READ），讀出數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)后不用加應(yīng)答信號。
READ：PUSH 0EH
CLR P1.4
LCALL BSTART ；START
MOV A，#0A0H ；SEND THE CNOTROL BYTE
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
MOV A，R1 ；SEND THE ADDRESS
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
LCALL BSTART ；START
MOV A，#0A1H ；SEND THE CNOTROL BYTE
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
LCALL READBYTE
LCALL BSTOP
POP 0EH
RET
送字節(jié)程序：
SENDBYTE：PUSH 0EH
PUSH 00H
MOV R0,#08H
LOOP1:CLR P1.3
NOP
NOP
RLC A
MOV P1.2,C
CPL P1.3 ;P1.3=1
NOP
NOP
DJNZ R0,LOOP1
POP 00H
POP 0EH
RET
讀字節(jié)子程序：
READBYTE：PUSH 0EH
PUSH 00H
MOV R0，#08H；READ THE CONTENT
CLR A
LOOP4：CLR P1.3
NOP
NOP
NOP
SETB P1.3 ；P1.3=1
MOV C,P1.2
RLC A
DJNZ R0,LOOP4
MOV R2,A
POP 00H
POP 0EH
RET
c.寫數(shù)據(jù)程序：
WRITE：PUSH 0EH
CLR P1.4
LCALL BSTART
MOV A，#0A0H
CLALL SENDBYTE ；SEND THE CONTROL BYTE
LCALL ACK
MOV A，R1 ；SEND THE ADDRESS
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
MOV A，R2 ；WRITE THE CONTENT
LCALL SENDBYTE
LCALL ACK
LCALL BSTOP
POP 0EH
RET
連續(xù)寫的兩個(gè)字節(jié)之間最好是有10ms的延時(shí)。當(dāng)然，也可以進(jìn)行頁寫（PAGE
WRITE），即一次性連續(xù)寫8個(gè)字節(jié)，但采用頁寫方式時(shí)每個(gè)字節(jié)后要有一個(gè)應(yīng)答信號。
d.停止位程序：
BSTOP：CLR P1.3
NOP
NOP
CLR P1.2
NOP
NOP
NOP
SETB P1.3
NOP
NOP
NOP
SETB P1.2
RET
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