工作过程
总线上的所有通信都是由主控器引发的。在一次通信中,主控器与被控器总是在扮演着两种不同的角色。
1.主设备向从设备发送数据 主设备发送起始位,这会通知总线上的所有设备传输开始了,接下来主机发送设备地址,与这一地址匹配的slave将继续这一传输过程,而其它slave将会忽略接下来的传输并等待下一次传输的开始。主设备寻址到从设备后,发送它所要读取或写入的从设备的内部寄存器地址; 之后,发送数据。数据发送完毕后,发送停止位。(这段看不懂就别看了,没什么用)
写入过程如下: 发送起始位
1)发送从设备的地址和读/写选择位;释放总线,等到EEPROM拉低总线进行应答;如果EEPROM接收成功,则进行应答;若没有握手成功或者发送的数据错误时EEPROM不产生应答,此时要求重发或者终止。
2)发送想要写入的内部寄存器地址;EEPROM对其发出应答; 3)发送数据 4)发送停止位。
5)EEPROM收到停止信号后,进入到一个内部的写入周期,大概需要10ms,此间任何操作都不会被EEPROM响应
详细:
需要说明的是:①主控器通过发送地址码与对应的被控器建立了通信关系,而挂接在总线上的其它被控器虽然同时也收到了地址码,但因为与其自身的地址不相符合,因此提前退出与主控器的通信;
2.主控器读取数据的过程:
读的过程比较复杂,在从slave读出数据前,你必须先要告诉它哪个内部寄存器是你想要读取的,因此必须先对其进行写入(dummy write): 1)发送起始位;
2)发送slave地址+write bit set; 3)发送内部寄存器地址;
4)重新发送起始位,即restart; 5)重新发送slave地址+read bit set; 6)读取数据
主机接收器在接收到最后一个字节后,也不会发出ACK信号。于是,从机发送器释放 SDA线,以允许主机发出P信号结束传输。 7)发送停止位
详细:
2、数据传送格式 (1)字节传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时,先传送最高位(MSB),每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位(即一帧共有9位)。
由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时(如从机正在进行实时性的处理工作而无法
接收总线上的数据),它必须将数据线置于高电平,而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。
如果从机对主机进行了应答,但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时,从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机,主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。
当主机接收数据时,它收到最后一个数据字节后,必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后,从机释放SDA线,以允许主机产生终止信号。
(2)数据帧格式
I2C总线上传送的数据信号是广义的,既包括地址信号,又包括真正的数据信号。 在起始信号后必须传送一个从机的地址(7位),第8位是数据的传送方向位(R/),用“0”表示主机发送数据(T),“1”表示主机接收数据(R)。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是,若主机希望继续占用总线进行新的数据传送,则可以不产生终止信号,马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。
在总线的一次数据传送过程中,可以有以下几种组合方式:
a、主机向从机发送数据,数据传送方向在整个传送过程中不变:
注:有阴影部分表示数据由主机向从机传送,无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。 A表示应答, 表示非应答(高电平)。S表示起始信号,P表示终止信号。
b、主机在第一个字节后,立即由从机读数据
c、在传送过程中,当需要改变传送方向时,起始信号和从机地址都被重复产生一次,但两次读/写方向位正好反相。
6、总线的寻址
I2C总线协议有明确的规定:采用7位的寻址字节(寻址字节是起始信号后的第一个字节)。
(1)寻址字节的位定义
D7~D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位,为“0”时表示主机向从机写数据,为“1”时表示主机由从机读数据。
主机发送地址时,总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较,如果相同,
则认为自己正被主机寻址,根据R/位将自己确定为发送器或接收器。 从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机,从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位,3位是可编程位,这时仅能寻址8个同样的器件,即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。
(2)寻址字节中的特殊地址
固定地址编号0000和1111已被保留作为特殊用途。
起始信号后的第一字节的8位为“0000 0000”时,称为通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字节中加以说明。格式为:
第二字节为 06H(0110)时,所有能响应通用呼叫地址的从机器件复位,并由硬件装入从机地址的可编程部分。能响应命令的从机器件复位时不拉低SDA和SCL线,以免堵塞总线。
第二字节为 04H(0100)时,所有能响应通用呼叫地址并通过硬件来定义其可编程地址的从机器件将锁定地址中的可编程位,但不进行复位。
如果第二字节的方向位B为“1”,则这两个字节命令称为硬件通用呼叫命令。 在这第二字节的高7位说明自己的地址。接在总线上的智能器件,如单片机或其他微处理器能识别这个地址,并与之传送数据。硬件主器件作为从机使用时,也用这个地址作为从机地址。格式为:
在系统中另一种选择可能是系统复位时硬件主机器件工作在从机接收器方式,这时由系统中的主机先告诉硬件主机器件数据应送往的从机器件地址,当硬件主机器件要发送数据时就可以直接向指定从机器件发送数据了。
(3)起始字节
起始字节是提供给没有I2C总线接口的单片机查询I2C总线时使用的特殊字节。 不具备I2C总线接口的单片机,则必须通过软件不断地检测总线,以便及时地响应总线的请求。单片机的速度与硬件接口器件的速度就出现了较大的差别,为此,I2C总线上的数据传送要由一个较长的起始过程加以引导。
引导过程由起始信号、起始字节、应答位、重复起始信号(Sr)组成。
请求访问总线的主机发出起始信号后,发送起始字节(0000 0001),另一个单片机可以用一个比较低的速率采样SDA线,直到检测到起始字节中的7个“0”中的一个为止。在检测到SDA线上的高电平后,单片机就可以用较高的采样速率,以便寻找作为同步信号使用的第二个起始信号Sr。
在起始信号后的应答时钟脉冲仅仅是为了和总线所使用的格式一致,并不要求器件在这个脉冲期间作应答。
总线数据传送的模拟
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