快速掌握I2C总线信号类型与构成

1.I²C总线的构成

I²C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据，在CPU与被控I²C总线器件之进行双向传送。I²C总线器件采用7位寻址，但是由于数据传输速率和功能要求提高，I² C总线也增强为快速模式（400kbit/s）和10位寻址，以满足更高速度和更大寻址空间的需求。

在信息的传输过程中，I²C总线上级联的每一个芯片既是发送器又是接收器，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码两部分。地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类。通过线“与”方式，图5-8给出了单片机应用系统中最常使用的I²C总线外围通用器件。

图5-8 I²C总线结构

2.I²C总线的信号类型

I²C总线在传送数据过程中共有3种信号，它们分别是：起始信号、终止信号和应答信号。

起始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始数据传送。

终止信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束数据传送，如图5-9所示。

图5-9 I²C总线起始和终止信号

应答信号是接收数据的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，根据实际情况确定是否继续传递信号。若未收到应答信号，由此判断为受控单元出现故障，如图5-10所示。

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图5-10 I²C总线应答信号定义

3.数据位的有效性规定

I²C总线进行数据传送时，在时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定。只有在时钟线上的信号为低电平时，数据线上的状态才允许变化，如图5-11所示。

4.I²C总线数据传输流程

1）开始，发送开始信号，表明传输开始。

2）发送地址，主设备发送地址信息，包含7位的从设备地址和1位的指示位（表明读或者写，即数据流的方向）。

图5-11 数据的传送过程

3）发送数据，根据指示位，数据在主设备和从设备之间传输。数据一般以8位为单位进行传输，最高位放在前面。具体传输多少数据并没有限制。接收器上用一位的ACK（应答信号）表明每一个字节都收到了，传输可以被终止和重新开始。

4）停止，发送停止信号，结束传输。

目前很多集成电路上都集成了I²C接口。带有I²C接口的单片机有Cygnal公司的C8051F0××系列、Philip公司的SP87LPC7××系列、Microchip公司的PIC16C6××系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I²C接口。