I2C总线

发布时间：2023-06-05 作者：admin 来源：文学

I2C总线

学校党建工作制度-火药的发明

2023年2月19日发(作者：高中生英文)

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-1-

I2C

总线规范

序言

........................................................................................................................3

1.1版本1.0-1992....................................................................................................................3

1.2版本2.0-1998....................................................................................................................3

1.3版本2.1-2000....................................................................................................................3

1.4购买Philips的I2C总线元件..............................................................................................3

I2C

总线使设计人员和厂商都得益

..........................................................................3

2.1设计人员的得益.................................................................................................................4

2.2厂商的得益.........................................................................................................................5

介绍

I2C

总线规范

...................................................................................................6

I2C

总线的概念

.......................................................................................................6

总体特征

.................................................................................................................7

位传输

.....................................................................................................................7

6.1数据的有效性.....................................................................................................................7

6.2起始和停止条件.................................................................................................................8

传输数据

.................................................................................................................9

7.1字节格式............................................................................................................................9

7.2响应...................................................................................................................................9

仲裁和时钟发生

....................................................................................................10

8.1同步.................................................................................................................................10

8.2仲裁.................................................................................................................................10

8.3用时钟同步机制作为握手..................................................................................................11

位的地址格式

.....................................................................................................12

位寻址

..............................................................................................................13

10.1第一个字节的位定义......................................................................................................13

10.1.1广播呼叫地址.......................................................................................................14

10.1.2起始字节..............................................................................................................15

10.1.3CBUS的兼容性...................................................................................................16

标准模式

I2C

总线规范的扩展

.............................................................................16

快速模式

.............................................................................................................17

模式

...............................................................................................................17

13.1高速传输........................................................................................................................17

13.2Hs模式的串行数据传输格式..........................................................................................19

13.3从F/S模式切换到Hs模式以及返回..............................................................................20

13.4低速模式中的快速模式器件............................................................................................21

13.5串行总线系统的混合速度模式........................................................................................21

13.5.1在混合速度总线系统中的F/S模式传输...............................................................22

13.5.2在混合速度总线系统中的Hs模式传输.................................................................22

13.5.3混合速度总线系统中电桥的时序要求...................................................................24

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-2-

1410

位寻址

............................................................................................................24

14.1头两个字节位的定义......................................................................................................24

14.210位寻址的格式............................................................................................................24

14.3广播呼叫地址和10位寻址的起始字节...........................................................................26

I/O

级和总线线路的电气规范和时序

...................................................................26

15.1标准和快速模式器件......................................................................................................26

15.2Hs模式器件...................................................................................................................28

I2C

总线器件到总线线路的电气连接

...................................................................30

16.1标准模式I2C总线器件电阻R

和R

的最大和最小值....................................................31

应用信息

.............................................................................................................33

17.1快速模式I2C总线器件的斜率控制输出级.......................................................................33

17.2快速模式I2C总线器件的开关上拉电路..........................................................................34

17.3总线线路的配线方式......................................................................................................34

17.4快速模式I2C总线器件电阻R

和R

的最大和最小值....................................................35

17.5Hs模式I2C总线器件的电阻R

和R

的最大和最小值...................................................35

F/S

模式

I2C

总线系统的双向电平转换器

...........................................................35

18.1连接逻辑电平不同的器件...............................................................................................36

18.1.1电平转换器的操作................................................................................................36

Philips

提供的开发工具

......................................................................................37

支持的文献

.........................................................................................................37

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-3-

序言

1.1

版本

1.0-1992

1992I2C总线规范的这个版本有以下的修正

•删除了用软件编程从机地址的内容

因为实现这个功能相当复杂而且不被使用

•删除了

低速模式实际上这个模式是整个I2C总线规范的子集不需要明确地详细说明

•增加了快速模式

它将位速率增加4倍到达400kbit/s快速模式器件都向下兼容即它们可以在

0~100kbit/s的I2C总线系统中使用

•增加了10位寻址

允许1024个额外的从机地址

•快速模式器件的斜率控制和输入滤波改善了EMC性能

注意

100kbit/s的I2C总线系统或100kbit/s器件都没有改变

1.2

版本

2.0-1998

I2C总线实际上已经成为一个国际标准在超过100种不同的IC上实现而且得到超过50家公司的许

可

但是现在的很多应用要求总线速度更高电源电压更低这个更新版的I2C总线规范满足这些要求

而且有以下的修正

•增加了高速模式

Hs模式它将位速率增加到3.4Mbit/sHs模式的器件可以和I2C总线系统

中快速和标准模式器件混合使用

位速率从0~3.4Mbit/s

•电源电压是2V或更低的器件的低输出电平和滞后被调整到符合噪声容限的要求

而且保持和电

源电压更高的器件兼容

•快速模式输出级的0.6V6mA要求被删除

•新器件的固定输入电平被总线电压相关的电平代替

•增加了双向电平转换器的应用信息

1.3

版本

2.1-2000

I2C总线规范的V2.1版有以下微小的修改

•在Hs模式的重复起始条件后

可以延长时钟信号SCLH见13.2节的图2225和32

•Hs模式中的一些时序参数变得更随意

见表6和表7

1.4

购买

Philips

的

I2C

总线元件

购买Philips的I2C元件同时传递了一个在Philips的I2C专利下在I2C系统使用元件使系统符合由

Philips定义的I2C规范的许可证

2I2C

总线使设计人员和厂商都得益

在消费者电子电讯和工业电子中看上去不相关的设计里经常有很多相似的地方例如几乎每个系

统都包括

•一些智能控制

通常是一个单片的微控制器

•通用电路

例如LCD驱动器远程I/O口RAMEEPROM或数据转换器

•面向应用的电路

譬如收音机和视频系统的数字调谐和信号处理电路或者是音频拨号电话的

DTMF发生器

为了使这些相似之处对系统设计者和器件厂商都得益

而且使硬件效益最大电路最简单Philips开发

了一个简单的双向两线总线

实现有效的IC之间控制这个总线就称为InterIC或I2C总线现在Philips

包括超过150种CMOS和双极性兼容I2C总线的IC可以执行前面提到的三种类型的功能所有符合I2C

总线的器件组合了一个片上接口

使器件之间直接通过I2C总线通讯这个设计概念解决了很多在设计数

字控制电路时遇到的接口问题

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下面是I2C总线的一些特征

•只要求两条总线线路

一条串行数据线SDA一条串行时钟线SCL

•每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机

从机关系软件设定地

址

主机可以作为主机发送器或主机接收器

•它是一个真正的多主机总线

如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁

防止数据被破坏

•串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s

快速模式下可达400kbit/s高速

模式下可达3.4Mbit/s

•片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波

保证数据完整

•连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容400pF限制

图1是两个I2C总线应用的例子

2.1

设计人员的得益

符合I2C总线的IC允许系统设计快速向前推进直接从功能结构图到原型此外由于它们直接剪

贴

到I2C总线没有任何额外的外部接口所以允许简单地通过从或者向总线剪贴或不剪贴IC

来修改或升级原型系统

符合I2C总线的IC还有一些功能特别吸引设计人员

•结构图的功能模块与实际的IC对应

设计快速从结构图向最后的原理图推进

•不需要设计总线接口

因为I2C总线接口已经集成在片上

•集成的寻址和数据传输协议允许系统完全由软件定义

•相同类型的IC经常用于很多不同的应用

•由于设计人员快速熟悉了用兼容I2C总线的IC表示经常使用的功能模块使设计时间减少

•在系统中增加或删除IC不会影响总线的其他电路

•故障诊断和调试都很简单

故障可被立即寻迹

•通过聚集一个可再使用的软件模块的库减少软件开发时间

除了这些优点外

符合I2C总线的CMOSIC还向设计者在特别吸引的可移植装置和电池供电系统方

面提供了特殊的功能

它们都有

•极低的电流消耗

•抗高噪声干扰

•电源电压范围宽

•工作的温度范围广

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-5-

SDASCL

MICRO-

CONTROLLER

PCB83C528

PLL

SYNTHESIZER

TSA5512

NON-VOLATILE

MEMORY

PCF8582E

STEREO/DUAL

SOUND

DECODER

TDA9840

HI-FI

AUDIO

PROCESSOR

TDA9860

SINGLE-CHIP

TEXT

SAA52XX

M/SCOLOUR

DECODER

TDA9160A

PICTURE

SIGNAL

IMPROVEMENT

TDA4670

VIDEO

PROCESSOR

TDA4685

ON-SCREEN

DISPLAY

PCA8510

(a)

SDASCL

LINE

INTERFACE

PCA1070

BURSTMODE

CONTROLLER

PCD5042

ADPCM

PCD5032

(b)

DTMF

GENERATOR

PCD3311

MICRO-

CONTROLLER

P80CLXXX

图1I2C应用的两个例子a高性能的高度集成电视bDECT无绳电话基站

2.2

厂商的得益

符合I2C总线的IC不只帮助了设计者它们也使设备厂商得到很多益处因为

•简单的两线串行I2C总线将互联减到最小因此IC的管脚更少而且PCB的线路也减少结果使

PCB更小和更便宜

•完全完整的I2C总线协议不需要地址译码器和其他胶合逻辑

•I2C总线的多主机功能允许通过外部连接到生产线快速测试和调整最终用户的设备

•符合I2C总线的IC提供SO小型VSO超小型以及DIL封装甚至减少了IC的空间要求

这些只是一些益处

另外兼容I2C总线的IC通过允许简单地构造设备变量和保持设计是最新的简易

升级功能增加了系统设计的灵活性

这样整个装置系列可以围绕一个基本的模型开发新设备的升级或者

功能增强的模型

即扩展的存储器远程控制等等可以简单地通过剪贴相应的IC到总线上产生如果

需要更大的ROM

只需要从我们广泛的IC中选择一个有更大ROM的微控制器就可以了由于新的IC要

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取代旧的增加新功能到装置或者提升它的性能只要简单地从总线上移去过时的IC然后换上它的后续IC

就可以了

介绍

I2C

总线规范

对于面向8位的数字控制应用譬如那些要求用微控制器的要建立一些设计标准

•一个完整的系统通常由至少一个微控制器和其他外围器件例如存储器和I/O扩展器组成

•系统中不同器件的连接成本必须最小

•执行控制功能的系统不要求高速的数据传输

•总的效益由选择的器件和互连总线结构的种类决定

产生一个满足这些标准的系统需要一个串行的总线结构

尽管串行总线没有并行总线的数据吞吐能力

但它们只要很少的配线和IC连接管脚然而总线不仅仅是互连的线还包含系统通讯的所有格式和过程

串行总线的器件间通讯必须有某种形式的协议避免所有混乱

数据丢失和妨碍信息的可能性快速器

件必须可以和慢速器件通讯

系统必须不能基于所连接的器件否则不可能进行修改或改进应当设计一

个过程决定哪些器件何时可以控制总线

而且如果有不同时钟速度的器件连接到总线必须定义总线的

时钟源

所有这些标准都在I2C总线的规范中

4I2C

总线的概念

I2C总线支持任何IC生产过程NMOSCMOS双极性两线――串行数据SDA和串行时钟

SCL线在连接到总线的器件间传递信息每个器件都有一个唯一的地址识别无论是微控制器LCD

驱动器

存储器或键盘接口而且都可以作为一个发送器或接收器由器件的功能决定很明显LCD

驱动器只是一个接收器

而存储器则既可以接收又可以发送数据除了发送器和接收器外器件在执行数

据传输时也可以被看作是主机或从机

见表1主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号

的器件

此时任何被寻址的器件都被认为是从机

表1I2C总线术语的定义

术语描述

发送器发送数据到总线的器件

接收器从总线接收数据的器件

主机初始化发送产生时钟信号和终止发送的器件

从机被主机寻址的器件

多主机同时有多于一个主机尝试控制总线但不破坏报文

仲裁是一个在有多个主机同时尝试控制总线但只允许其中一个控制总线并使报文不被破坏

的过程

同步两个或多个器件同步时钟信号的过程

I2C总线是一个多主机的总线这就是说可以连接多于一个能控制总线的器件到总线由于主机通常是

微控制器

让我们考虑以下数据在两个连接到I2C总线的微控制器之间传输的情况见图2

这突出了I2C总线的主机从机和接收器发送器的关系应当注意的是这些关系不是持久的只

由当时数据传输的方向决定

传输数据的过程如下

假设微控制器A要发送信息到微控制器B

•微控制器A

主机寻址微控制器B从机

•微控制器A

主机发送器发送数据到微控制器B从机接收器

•微控制器A终止传输

如果微控制器A想从微控制器B接收信息

•微控制器A

主机寻址微控制器B从机

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•微控制器A主机接收器从微控制器B从机发送器接收数据

•微控制器A终止传输

甚至在这种情况下

主机微控制器A也产生定时而且终止传输

连接多于一个微控制器到I2C总线的可能性意味着超过一个主机可以同时尝试初始化传输数据为了

避免由此产生混乱

发展出一个仲裁过程它依靠线与连接所有I2C总线接口到I2C总线

如果两个或多个主机尝试发送信息到总线

在其他主机都产生0的情况下首先产生一个1的

主机将丢失仲裁

仲裁时的时钟信号是用线与连接到SCL线的主机产生的时钟的同步结合关于仲裁的更

详细信息请参考第8章

SDA

SCL

MICRO-

CONTROLLER

STATIC

RAMOR

EEPROM

LCD

DRIVER

GATE

ARRAY

ADC

MICRO-

CONTROLLER

图2使用两个微控制器的I2C总线配置举例

在I2C总线上产生时钟信号通常是主机器件的责任当在总线上传输数据时每个主机产生自己的时

钟信号

主机发出的总线时钟信号只有在以下的情况才能被改变慢速的从机器件控制时钟线并延长时钟

信号

或者在发生仲裁时被另一个主机改变

总体特征

SDA和SCL都是双向线路都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压见图3当总线空

闲时

这两条线路都是高电平连接到总线的器件输出级必须是漏极开路或集电极开路才能执行线与的功

能

I2C总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s在快速模式下可达400kbit/s在高速模式下

可达3.4Mbit/s

连接到总线的接口数量只由总线电容是400pF的限制决定关于高速模式主机器件的信息

请参考第13章

位传输

由于连接到I2C总线的器件有不同种类的工艺CMOSNMOS双极性逻辑0低和1

高的电平不是固定的它由V

的相关电平决定见第15章的电气规范每传输一个数据位就产生

一个时钟脉冲

6.1

数据的有效性

SDA线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定

数据线的高或低电平状态只有在SCL线的时钟

信号是低电平时才能改变

见图4

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SCLKN1

OUT

SCLK

DATAN1

OUT

DATA

DEVICE1

SDA(SerialDataLine)

SCL(SerialClockLine)

SCLKN2

OUT

SCLK

DATAN2

OUT

DATA

DEVICE2

pull-up

resistors

图3标准模式器件和快速模式器件连接到I2C总线

dataline

stable;

datavalid

change

ofdata

allowed

SDA

SCL

图4I2C总线的位传输

6.2

起始和停止条件

在I2C总线中唯一出现的是被定义为起始S和停止P条件见图5的情况

其中一种情况是在SCL线是高电平时

SDA线从高电平向低电平切换这个情况表示起始条件

当SCL是高电平时

SDA线由低电平向高电平切换表示停止条件

起始和停止条件一般由主机产生

总线在起始条件后被认为处于忙的状态在停止条件的某段时间后

总线被认为再次处于空闲状态总线的空闲状态将在第15章详细说明

如果产生重复起始

Sr条件而不产生停止条件总线会一直处于忙的状态此时的起始条件S

和重复起始Sr条件在功能上是一样的见图10因此在本文档的剩余部分符号S将作为一个通用

的术语既表示起始条件又表示重复起始条件

除非有特别声明的Sr

如果连接到总线的器件合并了必要的接口硬件

那么用它们检测起始和停止条件十分简便但是没

有这种接口的微控制器在每个时钟周期至少要采样SDA线两次来判别有没有发生电平切换

SDA

SCL

STOPcondition

SDA

SCL

STARTcondition

图5起始和停止条件

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-9-

传输数据

7.1

字节格式

发送到SDA线上的每个字节必须为8位

每次传输可以发送的字节数量不受限制每个字节后必须跟

一个响应位

首先传输的是数据的最高位MSB见图6如果从机要完成一些其他功能后例如一个

内部中断服务程序

才能接收或发送下一个完整的数据字节可以使时钟线SCL保持低电平迫使主机进入

等待状态

当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL后数据传输继续

在一些情况下

可以用与I2C总线格式不一样的格式例如兼容CBUS的器件甚至在传输一个字

节时

用这样的地址起始的报文可以通过产生停止条件来终止此时不会产生响应见10.1.3节

7.2

响应

数据传输必须带响应

相关的响应时钟脉冲由主机产生在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA线

高

在响应的时钟脉冲期间

接收器必须将SDA线拉低使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低

电平

见图7当然必须考虑建立和保持时间在第15章详细说明

通常

被寻址的接收器在接收到的每个字节后除了用CBUS地址开头的报文必须产生一个响应见

10.1.3节

当从机不能响应从机地址时

例如它正在执行一些实时函数不能接收或发送从机必须使数据线保持

高电平

主机然后产生一个停止条件终止传输或者产生重复起始条件开始新的传输

如果从机

接收器响应了从机地址但是在传输了一段时间后不能接收更多数据字节主机必须再一次

终止传输

这个情况用从机在第一个字节后没有产生响应来表示从机使数据线保持高电平主机产生一

个停止或重复起始条件

如果传输中有主机接收器

它必须通过在从机不产生时钟的最后一个字节不产生一个响应向从机

发送器通知数据结束从机发送器必须释放数据线允许主机产生一个停止或重复起始条件

图6I2C总线的数据传输

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-10-

图7I2C总线的响应

仲裁和时钟发生

8.1

同步

所有主机在SCL线上产生它们自己的时钟来传输I2C总线上的报文数据只在时钟的高电平周期有效

因此需要一个确定的时钟进行逐位仲裁

时钟同步通过线与连接I2C接口到SCL线来执行这就是说SCL线的高到低切换会使器件开始数它

们的低电平周期

而且一旦器件的时钟变低电平它会使SCL线保持这种状态直到到达时钟的高电平见

图8

但是如果另一个时钟仍处于低电平周期这个时钟的低到高切换不会改变SCL线的状态因此

SCL线被有最长低电平周期的器件保持低电平此时低电平周期短的器件会进入高电平的等待状态

CLK

SCL

counter

reset

wait

state

startcounting

HIGHperiod

图8仲裁过程中的时钟同步

当所有有关的器件数完了它们的低电平周期后

时钟线被释放并变成高电平之后器件时钟和SCL

线的状态没有差别

而且所有器件会开始数它们的高电平周期首先完成高电平周期的器件会再次将SCL

线拉低

这样

产生的同步SCL时钟的低电平周期由低电平时钟周期最长的器件决定而高电平周期由高电平

时钟周期最短的器件决定

8.2

仲裁

主机只能在总线空闲的时侯启动传输

两个或多个主机可能在起始条件的最小持续时间t

HD;STA

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

当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

因为总线上的电平与它自己的电平不相同

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-11-

仲裁可以持续多位它的第一个阶段是比较地址位有关的寻址信息请参考第10章和第14章如

果每个主机都尝试寻址相同的器件

仲裁会继续比较数据位如果是主机发送器或者比较响应位如

果是主机

接收器因为I2C总线的地址和数据信息由赢得仲裁的主机决定在仲裁过程中不会丢失信息

丢失仲裁的主机可以产生时钟脉冲直到丢失仲裁的该字节末尾

由于Hs模式的主机有一个唯一的8位主机码

因此一般在第一个字节就可以结束仲裁见第13章

如果主机也结合了从机功能

而且在寻址阶段丢失仲裁它很可能就是赢得仲裁的主机在寻址的器件

因此丢失仲裁的主机必须立即切换到它的从机模式

图9显示了两个主机的仲裁过程

当然可能包含更多的内容由连接到总线的主机数量决定此时

产生DATA1的主机的内部数据电平与SDA线的实际电平有一些差别如果关断数据输出这就意味着总

线连接了一个高输出电平

这不会影响由赢得仲裁的主机初始化的数据传输

DATA

SDA

SCL

master1losesarbitration

DATA1SDA

图9两个主机的仲裁过程

由于I2C总线的控制只由地址或主机码以及竞争主机发送的数据决定没有中央主机总线也没有任

何定制的优先权

必须特别注意的是

在串行传输时当重复起始条件或停止条件发送到I2C总线的时侯仲裁过程仍

在进行

如果可能产生这样的情况有关的主机必须在帧格式相同位置发送这个重复起始条件或停止条件

也就是说仲裁在不能下面情况之间进行

•重复起始条件和数据位

•停止条件和数据位

•重复起始条件和停止条件

从机不被卷入仲裁过程

8.3

用时钟同步机制作为握手

时钟同步机制除了在仲裁过程中使用外

还可以用于使能接收器处理字节级或位级的快速数据传输

在字节级的快速传输中

器件可以快速接收数据字节但需要更多时间保存接收到的字节或准备另一

个要发送的字节

然后从机以一种握手过程见图6在接收和响应一个字节后使SCL线保持低电平

迫使主机进入等待状态直到从机准备好下一个要传输的字节

在位级的快速传输中

器件例如对I2C总线有或没有限制的微控制器可以通过延长每个时钟的低

电平周期减慢总线时钟

从而任何主机的速度都可以适配这个器件的内部操作速率

在Hs模式中

握手的功能只能在字节级使用见第13章

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-12-

位的地址格式

数据的传输遵循图10所示的格式在起始条件S后发送了一个从机地址这个地址共有7位

紧接着的第8位是数据方向位R/W0表示发送写1表示请求数据读数据传输一般

由主机产生的停止位

P终止但是如果主机仍希望在总线上通讯它可以产生重复起始条件Sr

和寻址另一个从机而不是首先产生一个停止条件在这种传输中可能有不同的读写格式结合

图10完整的数据传输

可能的数据传输格式有

•主机

发送器发送到从机接收器传输的方向不会改变见图11

•在第一个字节后

主机立即读从机见图12在第一次响应时主机发送器变成主机接收

器

从机接收器变成从机发送器第一次响应仍由从机产生之前发送了一个不响应信号A

的主机产生停止条件

•复合格式

见图13传输改变方向的时侯起始条件和从机地址都会被重复但R/

位取反

如果主机接收器发送一个重复起始条件它之前应该发送了一个不响应信号

注意

复合格式可以用于例如控制一个串行存储器在第一个数据字节期间要写内部存储器的位置

在重复起始条件和从机地址后数据可被传输

自动增加或减少之前访问的存储器位置等所有决定都由器件的设计者决定

每个字节都跟着一个响应位在序列中用A或A模块表示

兼容I2C总线的器件在接收到起始或重复起始条件时必须复位它们的总线逻辑甚至在这些起始

条件没有根据正确的格式放置

它们也都期望发送从机地址

起始条件后面立即跟着一个停止条件报文为空是一个不合法的格式

图11主机

发送器用7位地址寻址从机接收器传输方向不变

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图12在第一个字节后主机立即读从机

图13复合格式

107

位寻址

I2C总线的寻址过程是通常在起始条件后的第一个字节决定了主机选择哪一个从机例外的情况是可以

寻址所有器件的

广播呼叫地址使用这个地址时理论上所有器件都会发出一个响应但是也可以

使器件忽略这个地址

广播呼叫地址的第二个字节定义了要采取的行动这个过程将在10.1.1节详细介绍

有关10位寻址的信息请参考第14章

10.1

第一个字节的位定义

第一个字节的头7位组成了从机地址

见图14最低位LSB是第8位它决定了报文的方向

第一个字节的最低位是0表示主机会写信息到被选中的从机1表示主机会向从机读信息

当发送了一个地址后

系统中的每个器件都在起始条件后将头7位与它自己的地址比较如果一样

器件会任务它被主机寻址至于是从机接收器还是从机发送器都由R/W位决定

R/W

LSBMSB

slaveaddress

图14起始条件后的第一个字节

从机地址由一个固定和一个可编程的部分构成

由于很可能在一个系统中有几个同样的器件从机地

址的可编程部分使最大数量的这些器件可以连接到I2C总线上器件可编程地址位的数量由它可使用的管

脚决定

例如如果器件有4个固定的和3个可编程的地址位那么相同的总线上共可以连接8个相同的

器件

I2C总线委员会协调I2C地址的分配进一步的信息可以从最后列出的Philips代理商处获得保留的

两组8位地址

0000XXX和1111XXX的用途见表2从机地址的11110XX位组合保留给10位寻址见

第14章

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-14-

表2第一个字节中位的定义

从机地址

位

描述

00000000广播呼叫地址

00000001起始字节1

0000001XCBUS地址2

0000010X保留给不同的总线格式3

0000011X保留到将来使用

00001XXXHs模式主机码

11111XXX保留到将来使用

11110XXX10位从机寻址

注

没有器件允许在接收到起始字节后响应

CBUS地址已被保留使可以在相同的系统内部混合兼容CBUS和兼容I2C总线的器件接收到这

个地址时

兼容I2C总线的器件不能响应

保留给不同总线格式的地址包括使能I2C和其他协议混合只有可以在这种格式和协议下工作兼

容I2C总线的器件才能响应这个地址

10.1.1

广播呼叫地址

广播呼叫地址是用来寻址连接到I2C总线上的每个器件但是如果器件在广播呼叫结构中不需要任

何数据

它可以通过不发出响应来忽略这个地址如果器件要求从广播呼叫地址得到数据它会响应这个

地址并作为从机

接收器运转第二个和接下来的字节会被能处理这些数据的每个从机接收器响应广

播呼叫地址的含意通常在第二个字节说明

见图15

这里要考虑两种情况

•当最低位B是

LSB

secondbyte

00000000AXXXXXXXBA

firstbyte

(generalcalladdress)

图15广播呼叫地址格式

当位B是

0时第二个字节的定义如下

•00000110

H06通过硬件写入和复位从机地址的可编程部分接收到这个两字节序列时

所有打算响应这个广播呼叫地址的器件将复位并接受它们地址的可编程部分要采取预防措施确

保器件不会在加上电源电压后将SDA或SCL线拉低

因为这些低电平会阻塞总线

•00000100

H04通过硬件写从机地址的可编程部分所有通过硬件定义地址可编程部分和

响应广播呼叫地址

的器件会在接收这两个字节序列时锁存可编程的部分器件不会复位

•00000000

H00这个代码不允许在第二个字节使用

编程过程的顺序请参考相应器件的数据表

剩下的代码没有被确定

器件必须忽略它们

当位B是

1时这个两字节序列是一个硬件广播呼叫即序列由一个硬件主机器件发送例如

键盘扫描器

它们不能编程来发送一个期望的从机地址由于硬件主机预先不知道报文要传输给哪个器件

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它只能产生这个硬件广播呼叫和它自己的地址让系统识别它见图16

第二个字节中剩下的7位是硬件主机的地址

这个地址被一个连接到总线的智能器件识别例如微

控制器

并指引硬件主机的信息如果硬件主机也可以作为从机它的从机地址和主机地址一样

图16硬件主机

发送器的数据传输

在一些系统中

可以选择在系统复位后在从机接收器模式中设置硬件主机发送器这样系统的配

置主机可以告诉硬件主机发送器

现在处于从机接收器模式数据必须发送到哪个地址见图17这个

编程过程后

硬件主机仍处于主机发送器模式

10.1.2

起始字节

微控制器可以用两种方法连接到I2C总线有片上硬件I2C总线接口的微控制器可被编程为只由总线

的请求中断

当器件没有这种接口时它必须经常通过软件监控总线很显然微控制器监控或查询总线

的次数越多

用于执行自己功能的时间越少

因此

快速硬件器件和相关的依靠查询的慢速微控制器有速度差别

此时

数据传输前应有一个比正常时间长的起始过程见图18起始过程包括

•起始条件

•起始字节

00000001

•响应时钟脉冲

ACK

•重复起始条件

图17由可以直接转储数据到从机器件的硬件

发送器

a)配置主机发送转储地址到硬件主机

b)硬件主机转储数据到选中的从机

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9821

ACK

dummy

acknowledge

(HIGH)

startbyte00000001

SDA

SCL

图18起始字节过程

在要求总线访问的主机发送起始条件S后

发送起始字节00000001因此另一个微控制器可以

采样以低采样速率采样SDA线

直到在启动字节检测到7个0在SDA线检测到这个低电平后微控制

器切换到一个更高的采样速率寻找用于同步的重复起始条件Sr

接收到重复起始条件Sr后硬件接收器会复位

从而忽略了起始字节

在起始字节后产生一个相关的响应时钟脉冲

这只在遵守总线的字节处理格式时出现没有器件允许

响应起始字节

10.1.3CBUS

的兼容性

CBUS接收器可以连接到标准模式的I2C总线但是必须连接第三条叫DLEN的线而且要省略响

应位

通常I2C的传输是8位的字节序列兼容CBUS的器件有不同的格式

在混合的总线结构中

I2C总线器件必须不能响应CBUS的报文因此保留了一个兼容I2C总线器

件不会相应的特殊CBUS地址

0000001X发送CBUS地址后DLEN线被激活发送CBUS格式的

报文

见图19在停止条件后所有器件再次准备好接收数据

主机

发送器可以在发送CBUS地址后发送CBUS格式传输由能被所有器件识别的停止条件结束

注意

如果已知CBUS配置而且不能预见CBUS兼容器件的扩展设计者允许根据所用器件的特殊要

求调整保持时间

STOP

condition

CBUS

loadpulse

n-databitsCBUS

address

START

condition

R/W

bit

ACK

clockpulse

SDA

SCL

DLEN

图19CBUS发送器

接收器的数据传输格式

标准模式

I2C

总线规范的扩展

标准模式I2C总线规范在80年代的初期已经存在它规定数据传输速率可高达100kbit/s而且7位寻

址

这个概念在普及中迅速成长今天它已经作为一个标准被全世界接受而且PhilipsSemiconductors

和其他供应商提供了几百种不同的兼容IC

为了符合更高速度的要求以及制造更多可使用的从机地址给数

量不断增长的新器件

标准模式I2C总线规范不断升级到今天它提供了以下的扩展

•快速模式

位速率高达400kbit/s

•高速模式

Hs模式位速率高达3.4Mbit/s

•10位寻址

允许使用高达1024个额外的从机地址

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扩展I2C总线规范主要有两个原因

•现在很多应用需要传输大量的串行数据

要求的位速率远远超过100kbit/s标准模式或者甚

至是400kbit/s

快速模式半导体技术持续改进的结果使I2C总线器件现在可以使用高达

3.4Mbit/s

Hs模式的位速率而且接口电路的生产成本没有任何明显的提高

•由于使用7位寻址策略的大多数112地址能被立即分配

很显然要求更多地址结合来防止为新器

件分配从机地址的问题

这个问题可以用新的10位寻址策略解决它允许可使用的地址成10倍

增长

带有快速或Hs模式I2C总线接口的新从机器件可以有7位或10位的从机地址如果可能的话首选

7位地址

因为它是最便宜的硬件解决方案而且报文长度最短有7位和10位地址的器件可以在相同的

I2C总线系统中混合使用不需要考虑它是F/S模式还是Hs模式的系统现有的和未来的主机都能产生7

位或10位的地址

快速模式

已经在标准模式I2C总线规范提出的协议格式逻辑电平和SDA以及SCL线的最大电容负载在快

速模式I2C总线规范都没有修改带I2C总线接口的新器件必须至少符合快速模式或Hs模式规范的最小要

求

见第13章

快速模式器件可以在400kbit/s下接收和发送

最小要求是它们可以和400kbit/s传输同步可以延

长SCL信号的低电平周期来减慢传输

快速模式器件都向下兼容可以和标准模式器件在0~100kbit/s的

I2C总线系统通讯但是由于标准模式器件不向上兼容所以不能在快速模式I2C总线系统中工作因为

它们不能跟上这么快的传输速率因而会产生不可预料的状态

快速模式I2C总线规范与标准模式相比有以下额外的特征

•最大位速率增加到400kbit/s

•调整了串行数据

SDA和串行时钟SCL信号的时序没有必要与其他总线系统例如CBUS

兼容

它们不能在增加的位速率下工作

•快速模式器件的输入有抑制毛刺的功能

SDA和SCL输入有Schmitt触发器

•快速模式器件的输出缓冲器对SDA和SCL信号的下降沿有斜率控制功能

•如果快速模式器件的电源电压被关断

SDA和SCL的I/O管脚必须悬空不能阻塞总线

•连接到总线的外部上拉器件必须调整以适应快速模式I2C总线更短的最大允许上升时间对于负

载最大是200pF的总线

每条总线的上拉器件可以是一个电阻对于负载在200pF~400pF之间

的总线

上拉器件可以是一个电流源最大值3mA或者是一个开关电阻电路见图43

13Hs

模式

高速模式Hs模式器件对I2C总线的传输速度有具大的突破Hs模式器件可以在高达3.4Mbit/s的

位速率下传输信息

而且保持完全向下兼容快速模式或标准模式F/S模式器件也就是说它们可以在

一个速度混合的总线系统中双向通讯

Hs模式传输除了不执行仲裁和时钟同步外与F/S模式系统有相同

的串行总线协议和数据格式

虽然Hs模式器件是首选的器件它们可以在大量的应用中使用但是新器

件有没有快速或Hs模式I2C总线接口由应用决定

13.1

高速传输

要获得位速率高达3.4Mbit/s的传输

对正常的I2C总线规范要作出以下的改进

•Hs模式主机器件有一个SDAH信号的开漏输出缓冲器和一个在SCLH输出的开漏极下拉和电流

源上拉电路1这个电流源电路缩短了SCLH信号的上升时间任何时侯在Hs模式只有一个主

机的电流源有效

1未决的专利应用

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-18-

•在多主机系统的Hs模式中不执行仲裁和时钟同步以加速位处理能力仲裁过程一般在前面

用F/S模式传输主机码后结束

•Hs模式主机器件以高电平和低电平是1:2的比率产生一个串行时钟信号

解除了建立和保持时间

的时序要求

•还可以选择Hs模式器件有内建的电桥1在Hs模式传输中Hs模式器件的高速数据SDAH

和高速串行时钟SCLH线通过这个电桥与F/S模式器件的SDA和SCL线分隔开来减轻了

SDAH和SCLH线的电容负载

使上升和下降时间更快

•Hs模式从机器件与F/S从机器件的唯一差别是它们工作的速度

Hs模式从机在SCLH和SDAH

输出有开漏输出的缓冲器

SCLH管脚可选的下拉晶体管可以用于拉长SCLH信号的低电平但

只允许在Hs模式传输的响应位后进行

•Hs模式器件的输出可以抑制毛刺

而且SDAH和SCLH输出有一个Schmitt触发器

•Hs模式器件的输出缓冲器对SDAH和SCLH信号的下降沿有斜率控制功能

图20是只有Hs模式器件的系统的物理I2C总线配置主机器件的SDA和SCL管脚只在速度混合的

总线系统中使用

在只有Hs模式的系统中不需要连接此时这些管脚有其他功能

可选的串连电阻R

保护I2C总线器件的I/O级防止总线上高电压的毛刺影响I/O级并将振荡和干扰

减到最小

上拉电阻R

使SDAH和SCLH线在总线空闲的时侯保持高电平并确保信号在要求的上升时间内从

低电平变成高电平

对于电容负载很高>100pF的总线线路为了符合上升时间的要求可以用外部上

拉电流源代替R

除非跟着一个响应位Hs模式传输的SCLH时钟脉冲上升时间被激活主机的内部电流

源上拉电路MCS缩短

SLAVE

SDAHSCLH

MASTER/SLAVE

SDAHSCLH

SDA

MCS

SCL

SLAVE

SDAHSCLH

MASTER/SLAVE

SDAHSCLH

SDASCL

(1)(1)(1)(1)

(2)(2)

(4)(4)(3)

MCS

(3)

(2)(2)(2)(2)(2)(2)

SCLH

SDAH

(1)

这里不使用

SDA

和

SCL

它们可作其他用途

(2)

到输入滤波器

(3)

只有激活的主机能使用它的电流源上拉电路

(4)

虚线的晶体管是可选的开漏输出

可以延长串行时钟信号

SCLH

图20只有Hs模式器件的I2C总线配置

1未决的专利应用

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-19-

13.2Hs

模式的串行数据传输格式

Hs模式的串行数据传输格式符合标准模式I2C总线规范Hs模式只能在下面的情况下所有都在F/S

模式

启动

起始条件S

8位的主机码00001XXX

不响应位A

图21和22详细地显示了这些情况

主机码有两个主要的功能

•它允许在F/S模式速度下竞争主机之间仲裁和同步

结果得到一个获胜的主机

•它表示Hs模式传输的开始

Hs主机码是保留的8位代码

它不用于从机寻址或其他目的而且由于每个主机都有唯一的主机码

I2C总线系统最多可以有8个Hs模式主机主机码00001000应保留作测试和诊断用Hs模式主机器件

的主机码是软件可编程的

由系统设计者决定

仲裁和时钟同步只在获胜主机仍然激活传输主机码和不响应位

A时发生主机码向其他器件表示

开始Hs模式传输

而且连接的器件必须符合Hs模式规范由于不允许器件响应主机码主机码后面应跟

着不响应位

在不响应位

A后而且SCLH线被上拉到高电平时激活的主机切换到Hs模式并使能在t

见图22SCLH信号的电流源上拉电路由于另一个器件通过延长SCLH信号的低电平周期可以拉长t

前的串行传输当所有器件释放了SCLH线而且SCLH信号到达高电平时激活的主机使能它的电流源上

拉电路

因此加速了SCLH信号最后部分的上升时间

然后

激活的主机发送一个重复起始条件Sr接着是7位从机地址或者10位从机地址见第14

章

和R/W位地址并从选中的从机接收到一个响应位A

在重复起始条件和每个响应位

A和不响应位A后激活的主机禁能它的电流源上拉电路使

能其他器件通过延长SCLH信号的低电平周期延长串行传输

当所有器件释放而且SCLH信号到达高电平

激活的主机再次使能它的电流源上拉电路加速SCLH信号上升时间的最后部分

在下一个重复起始条件

Sr后数据传输仍处于Hs模式它只会在停止条件P后返回F/S模式

为了减少主机码的额外开销主机可能连接由重复起始条件Sr分隔的大量Hs模式传输

图21Hs模式的数据传输格式

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8-bitMastercode00001xxx

F/Smode

Hs-mode

IfPthen

F/Smode

IfSr(dottedlines)

thenHs-mode

1678967891

12to5

2to5

6789

SDAH

SCLH

SDAH

SCLH

SrP

(8-bitDATA

A/A)

7-bitSLA

R/WA

=MCScurrentsourcepull-up

=Rpresistorpull-up

图22完整的Hs模式传输

13.3

从

F/S

模式切换到

模式以及返回

复位和初始化后

Hs模式器件必须处于快速模式实际上是F/S模式因为快速模式向下兼容标准模

式

每个Hs模式器件可以从快速模式切换到Hs模式以及相反由I2C总线的串行传输控制

在图22的时间t

前每个连接的器件都在快速模式下工作时间t

和t

之间任何器件都可以延长

这个时间间隔

每个连接的器件必须识别S00001XXX

序列而且要将内部电路从快速模式设置切

换到Hs模式设置

时间t

和t

之间连接的主机和从机器件由下面的行为执行切换

激活

获胜的主机

根据Hs模式的毛刺抑制要求调整SDAH和SCLH的输入滤波器

根据Hs模式的要求调整建立和保持时间

根据Hs模式的要求调整SDAH和SCLH输出级的斜率控制

要求在时间t

后切换到Hs模式位速率

在时间t

使能SCLH输出级的电流源上拉电路

不激活或丢失仲裁的主机

根据Hs模式的毛刺抑制要求调整SDAH和SCLH的输入滤波器

当总线再次空闲时等待检测停止条件

所有从机

根据Hs模式的毛刺抑制要求调整SDAH和SCLH的输入滤波器

根据Hs模式的要求调整建立和保持时间这个要求可能已被调整输入滤波器满足

如果有必要调整SDAH输出级的斜率控制对于从机器件斜率控制只能应用到SDAH输出级

基于电路的容差快速模式和Hs模式的要求可能不用切换内部电路就能满足

在图22的t

时间每个连接的器件必须识别停止条件P并在t

时间前将内部电路从Hs模式设置

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切换回快速模式设置这必须根据快速模式规范在表5指出的最小总线空闲时间内完成

13.4

低速模式中的快速模式器件

Hs模式器件完全向下兼容

可被连接到一个F/S模式I2C总线系统见图23由于在这种配置下不

能发送主机代码

所有Hs模式主机器件处于F/S模式而且将它们的电流源禁能用F/S模式速度通讯

SDAH和SCLH管脚用于连接F/S模式的总线系统允许Hs主机器件的SDA和SCL管脚如果存在

用于其他功能

Hs-mode

SLAVE

SDAHSCLH

Hs-mode

MASTER/SLAVE

SDAHSCLHSDASCL

Hs-mode

SLAVE

SDAHSCLH

F/S-mode

MASTER/SLAVE

SDASCL

F/S-mode

SLAVE

SDASCL

(1)

(2)(2)

(4)(4)(4)

(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)

(3)

(1)

SCL

SDA

(1)

不使用电桥

SDA

和

SCL

可能有别的功能

(2)

到输入滤波器

(3)

电流源上拉电路保持禁能

(4)

虚线的晶体管是可选的开漏输出

可以延长串行时钟信号

SCL

图23F/S模式速度下的Hs模式器件

13.5

串行总线系统的混合速度模式

如果系统结合了Hs模式

快速模式和或标准模式器件可以用一个互连的电桥实现在不同的器件

之间有不同的位速率

见图24和25

电桥要求在适当的时间连接

断开Hs模式部分到从F/S模式部分的连接这个电桥包含电平转换

功能

允许电源电压不同的器件互连如果SDA和SCL管脚兼容5V例如V

DD2

是5V的F/S模式器件

可以连接到V

DD1

是3V或更小即V

DD2

DD1

的Hs模式器件电桥在Hs模式的主机器件中完全由

串行信号SDAH

SCLHSDA和SCL控制这个电桥可以在任何IC中作为自治电路执行

TR1

TR2和TR3是N通道晶体管TR1和TR2有传输门的功能TR3是一个开漏极的下拉级如

果TR1或TR2导通

它们在两个方向上都传输低电平另外当漏极和源极都上升到高电平时在每个

导通的晶体管漏极和源极之间是高阻态

在后面的情况中晶体管将作为一个电平转换器SDAH和SCLH

将被上拉到V

DD1

SDA和SCL将被上拉到V

DD2

在F/S模式速度下

其中一个Hs模式主机的电桥连接SDAH和SCLH线到相应的SDA和SCL线

因此允许Hs模式器件在较慢的速度下与F/S模式器件通讯所有连接的器件在整个F/S模式传输中如第8

章描述的进行仲裁和同步

但是在Hs模式传输中电桥打开将两个总线部分分隔开来使Hs模式器件

之间以3.4Mbit/s通讯

Hs模式器件和F/S模式器件之间的仲裁只在主机码00001XXX处执行一般

由Hs模式主机获胜

因为没有从机地址用4个0开始其他主机只有在发送保留的8位代码00000XXX

时才能赢得仲裁此时电桥保持关闭而且传输在F/S模式中进行表3给出了这种系统可能的通讯速度

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-22-

Hs-mode

SLAVE

SDAHSCLH

Hs-mode

MASTER/SLAVE

SDAHSCLHSDASCL

Hs-mode

SLAVE

SDAHSCLH

F/S-mode

MASTER/SLAVE

SDA

SDAH

SCLH

SDA

SCL

F/S-mode

SLAVE

SDASCL

Hs-mode

MASTER/SLAVE

DD1

DD2

SCLH

SDAH

MCSMCS

(3)

(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)(2)

(4)(4)(4)

(2)

(1)(1)

BRIDGE

TR1

TR3

TR2

(1)

不使用电桥

SDA

和

SCL

可能有别的功能

(2)

到输入滤波器

(3)

只有激活的主机能使用电流源上拉电路

(4)

虚线的晶体管是可选的开漏输出

可以延长串行时钟信号

SCL

图24以Hs模式和F/S模式传输的总线系统

表3混合速度总线系统的通讯位速率

串行总线系统的配置

在

…

之间传输

Hs+

快速

标准

Hs+

快速

Hs+

标准快速

标准

HsHs0~3.4Mbit/s0~3.4Mbit/s0~3.4Mbit/s-

Hs快速0~100kbit/s0~400kbit/s--

Hs标准0~100kbit/s-0~100kbit/s-

快速标准0~100kbit/s--0~100kbit/s

快速快速0~100kbit/s0~400kbit/s-0~100kbit/s

标准标准0~100kbit/s-0~100kbit/s0~100kbit/s

13.5.1

在混合速度总线系统中的

F/S

模式传输

图24显示的桥路互连了相应的串行总线线路

组成一个串行总线系统由于不发送主机码

00001XXX电流源上拉电路保持禁能而且所有输出级都是开漏输出所有器件包括Hs模式器件

之间的通讯都根据F/S模式I2C总线规范的协议格式速度

13.5.2

在混合速度总线系统中的

模式传输

图25显示了在F/S模式速度下完整Hs模式传输

包括起始条件主机码和不响应位A的时序图

尽管这个时序图被分成两个部分但它应被看作是一个时序图其中时间点t

是两个部分的公共点

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-23-

图25混合速度总线系统中完整的Hs模式传输

主机码被激活或非激活的主机电桥

见图24识别出来电桥执行以下的动作

在t

和t

之间见图25在晶体管TR3关断将SDA线下拉到V

后晶体管TR1导通以分隔

SDAH和SDA线

当SCLH和SCL都是高电平时图25的t

晶体管TR2导通以分隔SCLH和SCL线TR2

必须在Sr后SCLH变低电平之前保持开路

Hs模式传输在t

后用重复起始条件Sr启动在Hs模式传输中SCL线保持高电平SDA线处

于稳定状态的低电平

准备好传输停止条件P

在每个响应

A或不响应位A后激活的主机禁能它的电流源上拉电流这就使其他器件可以

通过延长SCLH信号的低电平周期延迟串行传输

激活的主机在所有器件释放而且SCLH信号是高电平时

再次使能它的电流源上拉电路

加速了SCLH信号上升时间的最后部分在不正常的情况下F/S模式器

件可以在任何时侯下拉SCL线至少1µs来关闭电桥

TR1和TR2关断TR3导通例如从总线中止恢

复

Hs模式用停止条件结束而且将总线系统返回到F/S模式

当在SDAH检测到图25的t

停止条

件

P激活的主机禁能它的电流源MCS电桥也能识别这个停止条件而且采取了以下的行动

晶体管TR2在t

后关断使SCLH和SCL互连此时两条线路都是高电平晶体管TR3在t

后导通释放SDA线允许它被上拉电阻R

拉成高电平这就是F/S模式器件的停止条件TR3

的导通必须足够快

确保停止条件和下一个最快的启动条件之间的总线空闲时间是依照快速模式

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-24-

的规范见表5的t

BUF

当SDA到达高电平图25的t

晶体管TR1关断使SDAH和SDA互连注意当所有线

路是高电平时才互连

防止总线线路的毛刺TR1和TR2必须在快速模式规范定义的最小总线

空闲时间内关断

见表5的t

BUF

13.5.3

混合速度总线系统中电桥的时序要求

从图25可以看出电桥在t

处的行动必须很快不能影响SDAH和SCLH线而且电桥必

须符合SDA和SCL线快速模式规范相关的时序要求

1410

位寻址

这章描述的是10位寻址如果只使用7位寻址这部分可以忽略

10位寻址和7位寻址兼容

而且可以结合使用10位寻址采用了保留的1111XXX作为起始条件S

或重复起始条件Sr的后第一个字节的头7位10位寻址不会影响已有的7位寻址有7位和10位地

址的器件可以连接到相同的I2C总线它们都能用于F/S模式和Hs模式系统

尽管保留地址位1111XXX有8个可能的组合

但是只有4个组合11110XX用于10位寻址剩下的4

个组合11111XX保留给以后增强的I2C总线

14.1

头两个字节位的定义

10位从机地址是由在起始条件

S或重复起始条件Sr后的头两个字节组成

第一个字节的头7位是11110XX的组合

其中最后两位XX是10位地址的两个最高位MSB

第一个字节的第8位是R/W位决定了报文的方向第一个字节的最低位是0表示主机将写信息到选

中的从机

1表示主机将向从机读信息

如果R/

W位是0则第二个字节是10位从机地址剩下的8位如果R/W位是1则下一个字

节是从机发送给主机的数据

14.210

位寻址的格式

在有10位寻址的传输中可能有不同的读

写格式组合可能的数据传输格式有

•主机

发送器将10位从机地址发送到从机接收器

传输的方向不改变

见图26当起始条件后有10位地址时每个从机将从机地址第一个字节的

头7位

11110XX与自己的地址比较并测试看第8位R/W方向位是否为0此时很可

能超过一个器件发现地址相同

并产生一个响应A1所有发现地址相同的从机将从机地址第2

个字节的8位

XXXXXXXX与自己的地址比较此时只有一个主机发现地址相同并产生一个响

应

A2匹配的从机将保持被主机寻址直到接收到停止条件P或从机地址不同的重复起始

条件

•主机

接收器用10位的从机地址读从机发送器

传输方向在第2个R/

W位改变图27整个过程直到并包括响应位A2都与主机发送器寻址

从机

接收器的相同在重复起始条件Sr后匹配的从机成员记得它之前被寻址这个从机

然后检查Sr后第一个字节的头7位是否和起始条件

S后的相同并检查第8位R/W是

不是1

如果匹配从机会认为它作为发送器被寻址然后产生响应A3从机发送器保持寻址

直到接收到停止条件P或从机地址不同的另一个重复起始条件Sr重复起始条件Sr后

所有其他从机器件也用从机地址第一个字节的头7位11110XX与自己的地址比较并检查第

8位

R/W但是没有一个会被寻址因为R/W=110位寻址或11110XX从机地址7位

地址器件

不能匹配

•组合格式

主机发送数据到从机然后从相同的从机读数据图28相同的主机始终占用着总线

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传输方向在第二个R/W位后改变

•组合格式

主机发送数据到一个从机然后发送数据到另一个从机图29相同的主机始终占

用着总线

•组合格式

在一个串行传输中组合了10位和7位寻址图30在每个起始条件S或重复起

始条件

Sr后发送10位或7位的从机地址图30显示了主机如何发送数据到一个7位地址

的从机然后发送数据到另一个10位地址的从机

相同的主机始终占用着总线

注意

例如控制串行存储器时可以使用组合格式在第一个数据字节时要写内部存储器位置在重

复起始条件和从机地址后

可以传输数据

器件设计者决定了是自动加1还是减1以前访问的存储器位置

每个字节后都有一个响应位在序列中用A或块表示

兼容I2C总线器件在接收到起始条件或重复起始条件后必须复位它们的总线逻辑这样它们都可

以预料从机地址的发送

图26主机发送器用10位地址寻址从机接收器

图27主机接收器用10位地址寻址从机发送器

图28组合格式

主机用10位地址寻址从机然后发送数据到这个从机并向这个从机读数据

图29组合格式主机发送数据到两个都有10位地址的从机

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图30组合格式

主机发送数据到两个从机一个用7位地址一个用10位地址

14.3

广播呼叫地址和

位寻址的起始字节

I2C总线的10位寻址过程是起始条件S后的头两个字节通常决定了主机要寻址哪个从机例外的

情况是

广播呼叫地址00000000H0010位寻址的从机器件与7位寻址的从机器件对广播呼

叫

地址的反应相同减10.1.1

硬件主机可以在

广播呼叫之后发送它们的10位地址此时的广播呼叫地址字节后面的两个字

节包含了主机

发送器的10位地址格式见图10其中第一个数据字节是主机地址的8个最低位

起始字节00000001

H01表示用7位寻址的方法处理10位寻址见10.1.2

15I/O

级和总线线路的电气规范和时序

15.1

标准和快速模式器件

F/S模式I2C总线器件的I/O级I/O电流毛刺抑制输出斜率控制和管脚电容见表4I2C总线的时

序特性

总线线路电容和噪声容限见表5图31显示了I2C总线的时序定义

在表5规定的SCL时钟最小高电平和低电平周期决定了最大的位传输速率

标准模式器件是100kbit/s

快速模式器件是400kbit/s标准模式和快速模式I2C总线器件必须能在它们最大的位速率下传输或者是

能在该速度下发送或接收

或者是应用第8章的时钟同步过程使主机进入等等状态并延长SCL信号的低电

平周期

当然在后面的情况中位速率减少

表4F/S模式I2C总线器件SDA和SCLI/O级的特性

标准模式快速模式

参数符号

最小值最大值最小值最大值

单位

低电平输入电压

固定的输入电平