第2章多媒体总线

1、第第2章章 多媒体总线多媒体总线2.1 I2C总线总线2.2 I2S总线总线2.1 I2C总线总线l I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由总线是由PHILIPS公公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。一种总线标准。l 产生于在产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发。年代，最初为音频和视频设备开发。l 它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信

2、速率较高控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。等优点。2.1 I2C总线总线l 1、I2C总线总线特点特点l (1)只要求两条总线线路：一条串行数据线只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线一条串行时钟线SCL；l (2)每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址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和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地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；址，主机可以作为主机发送器或主机接收器；l (3)它是一个真正的多主机总线，如果两个或更多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

3、据传输可以通过冲突检测和主机同时初始化，数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏；仲裁防止数据被破坏；2.1 I2C总线总线l (4)串行的串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下位双向数据传输位速率在标准模式下可达可达100kbit/s，快速模式下可达，快速模式下可达400kbit/s，高速，高速模式下可达模式下可达3.4Mbit/s；l (5)连接到相同总线的连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电数量只受到总线的最大电容容400pF 限制。限制。2.1 I2C总线总线l 2、 I2C总线术语总线术语l 发送器发送器：发送数据到总线的器件；：发送数据到总线的器件；l 接收器接收器

4、：从总线接收数据的器件；：从总线接收数据的器件；l 主机主机：初始化发送产生时钟信号和终止发送的器：初始化发送产生时钟信号和终止发送的器件；件；l 从机从机：被主机寻址的器件；：被主机寻址的器件；l 多主机多主机：同时有多于一个主机尝试控制总线但不：同时有多于一个主机尝试控制总线但不破坏传输；破坏传输；l 仲裁仲裁：是一个在有多个主机同时尝试控制总线但：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传输不被破坏的过只允许其中一个控制总线并使传输不被破坏的过程；程；l 同步同步：两个或多个器件同步时钟信号的过程：两个或多个器件同步时钟信号的过程 。2.1 I2C总线总线l 3、数

5、据的有效性数据的有效性l SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳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定。数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时线的时钟信号是低电平时才能改变钟信号是低电平时才能改变 。2.1 I2C总线总线l 4、起始起始和和停止停止l 起始条件起始条件： SCL 线是高电平时，线是高电平时，SDA 线从高电线从高电平向低电平切换。平向低电平切换。l 停止条件停止条件： SCL 线是高电平时，线是高电平时，SDA 线由低电线由低电平向高电平切换。平向高电平切换。2.1 I2C总线总线l 起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条起始

6、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件后被认为处于忙的状态 起始和停止条件，在停起始和停止条件，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。态。l 如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线如果产生重复起始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（会一直处于忙的状态，此时的起始条件（S）和）和重复起始条件（重复起始条件（Sr） 在功能上是一样的。在功能上是一样的。2.1 I2C总线总线l 5、数据传输和应答、数据传输和应答l 数据传输数据传输l 发送到发送到SDA 线上的每个字节必须为线上的每个字节必须

7、为8 位，每次传位，每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必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须跟一个响应位。首先传输的是数据的最高位（MSB），如果从机要完成一些其他功能后（例），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，可以使时钟线个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收平，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下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继后数据

8、传输继续。续。2.1 I2C总线总线l 应答应答l 数据传输必须带响应，相关的响应时钟脉冲由主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机产生。在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA 线（高）。线（高）。l 在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA 线拉线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。的低电平。2.1 I2C总线总线l 通常被寻址的接收器在接收到的每个字节后，除通常被寻址的接收器在接收到的每个字节后，除了用了用CBUS 地址开头的数地址开头的数 I2C总线数据

9、传输和应总线数据传输和应答据，必须产生一个响应。当从机不能响应从机答据，必须产生一个响应。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。始条件开始新的传输。l 如果从机接收器响应了从机地址，但是在传输了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

10、在第一个字节后一次终止传输。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。平，主机产生一个停止或重复起始条件。2.1 I2C总线总线l 如果传输中有主机接收器，它必须通过在从机不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。据线，允许主机产生一个停止或重复起始条件。l 无应答无应答l 在时钟的第

11、在时钟的第9个脉冲期间发送器释放数据总线，接个脉冲期间发送器释放数据总线，接收器不拉低数据总线表示一个收器不拉低数据总线表示一个 NACK，NACK有有两种用途：两种用途：a、一般表示接收器未成功接收数据字、一般表示接收器未成功接收数据字节；节；b、当接收器是主控器时，它收到最后一个、当接收器是主控器时，它收到最后一个字节后，应发送一个字节后，应发送一个NACK信号，以通知被控发信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放总线，以便主控接收送器结束数据发送，并释放总线，以便主控接收器发送一个停止信号器发送一个停止信号STOP。2.1 I2C总线总线l I2C总线发送器送到总线发送器送到SDA线上

12、的每个字节必须为线上的每个字节必须为8位长，传送时高位在前，低位在后。与之对应，位长，传送时高位在前，低位在后。与之对应，主器件在主器件在SCL线上产生线上产生8个脉冲；第个脉冲；第9个脉冲低电个脉冲低电平期间，发送器释放平期间，发送器释放SDA线，接收器把线，接收器把SDA线拉线拉低，以给出一个接收确认位；每传低，以给出一个接收确认位；每传1个字节需要个字节需要9个时钟脉冲。个时钟脉冲。2.1 I2C总线总线l 6、寻址方式、寻址方式l 7位寻址位寻址l 第一个字节的头第一个字节的头7 位组成了从机地址，最低位（位组成了从机地址，最低位（LSB）是第）是第8 位，它决定了传输的方向。第一个字

13、位，它决定了传输的方向。第一个字节的最低位是节的最低位是“0”，表示主机会写信息到被选中，表示主机会写信息到被选中的从机；的从机；“1”表示主机会向从机读信息，当发送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了一个地址后，系统中的每个器件都在起始条件后将头后将头7 位与它自己的地址比较，如果一样，器位与它自己的地址比较，如果一样，器件会判定它被主机寻址，至于是从机接收器还是件会判定它被主机寻址，至于是从机接收器还是从机发送器，都由从机发送器，都由R/W 位决定。位决定。2.1 I2C总线总线l 10位寻址位寻址l 10位寻址和位寻址和7 位寻址兼容，而且可以结合使

14、用。位寻址兼容，而且可以结合使用。l 10位寻址采用了保留的位寻址采用了保留的1111XXX 作为起始条件，作为起始条件，或重复起始条件的后第一个字节的头或重复起始条件的后第一个字节的头7 位。位。l 保留地址位保留地址位1111XXX 有有8 个组合，但是只有个组合，但是只有4 个个组合组合11110XX 用于用于10 位寻址，剩下的位寻址，剩下的4个组合个组合11111XX 保留给后续增强的保留给后续增强的I2C 总线。总线。2.1 I2C总线总线l 7、控制字节控制字节l 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯

15、片类型有不高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，同的定义，EEPROM一般应为一般应为1010），接着三位），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，时为读操作，为为0时为写操作。时为写操作。2.1 I2C总线总线l 8、写数据过程写数据过程l 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个START信号掌管总线；信号掌管总线；l 发送一个控制字节（包括发送一个控制字节（包括7位器件地址码和一位位器件地址码和一位R/W）；）；l 当被控器件检测到主控发送的地址与自己的地址当被控器件检测到主控发送的地址

16、与自己的地址相同时发送一个应答信号（相同时发送一个应答信号（ACK）；）；l 主控收到主控收到ACK后开始发送第一个数据字节；后开始发送第一个数据字节；l 被控器收到数据字节后发送一个被控器收到数据字节后发送一个ACK表示继续传表示继续传送数据，发送送数据，发送NACK表示传送数据结束；表示传送数据结束；l 主控发送完全部数据后，发送一个停止位主控发送完全部数据后，发送一个停止位STOP，结束整个通讯并且释放总线；，结束整个通讯并且释放总线；2.1 I2C总线总线l 单字节写操作单字节写操作l 多字节连续写操作多字节连续写操作2.1 I2C总线总线l 9、读数据过程读数据过程l 主控在检测到总

17、线空闲的状况下，首先发送一个主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个START信号掌管总线；信号掌管总线；l 发送一个控制字节发送一个控制字节(包括包括7位器件地址码和一位位器件地址码和一位R/W)；当被控器件检测到主控发送的地址与自己；当被控器件检测到主控发送的地址与自己的地址相同时发送一个应答信号（的地址相同时发送一个应答信号（ACK）；）；l 主控收到主控收到ACK后释放数据总线，开始接收第一个后释放数据总线，开始接收第一个数据字节；数据字节；l 主控收到数据后发送主控收到数据后发送ACK表示继续传送数据，发表示继续传送数据，发送送NACK表示传送数据结束；表示传送数据结束；l 主控发

18、送完全部数据后，发送一个停止主控发送完全部数据后，发送一个停止STOP，结束整个通讯并且释放总线；结束整个通讯并且释放总线；2.1 I2C总线总线l 当前地址读单字节操作（被控器件内部储存器地当前地址读单字节操作（被控器件内部储存器地址计数器保留最后一次访问的地址）址计数器保留最后一次访问的地址）2.1 I2C总线总线l 任意地址读单字节操作（主控器件先发写命令，任意地址读单字节操作（主控器件先发写命令，然后发要读的地址，然后发读命令）然后发要读的地址，然后发读命令）2.1 I2C总线总线l 多字节连续读操作（被控器件完成一个读字节操多字节连续读操作（被控器件完成一个读字节操作后内部地址计数器

19、自动加一）作后内部地址计数器自动加一）注：以上操作符合注：以上操作符合24CXX系列系列EEPROM器件读写时器件读写时序。序。2.2 I2S总线总线l I2S(InterIC Sound)总线是飞利浦公司为总线是飞利浦公司为数字音数字音频设备之间的音频数据传输频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标而制定的一种总线标准，该总线专责于音频设备之间的数据传输，广准，该总线专责于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。泛应用于各种多媒体系统。l 它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差计，通过将数据和

20、时钟信号分离，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。专业设备的费用。 2.2 I2S总线总线l 1、I2S总线规范总线规范l I2S总线拥有三条数据信号线：总线拥有三条数据信号线：l SCK: (continuous serial clock) 串行时钟串行时钟n对应数字音频的每一位数据，对应数字音频的每一位数据，SCK都有都有1个脉个脉冲。冲。SCK的频率的频率=2采样频率采样位数。采样频率采样位数。l WS: (word select) 字段（声道）选择字段（声道）选择n用于切换左右声道的数据。用于切换左右声道的数据

21、。WS的频率采样的频率采样频率。频率。l SD: (serial data) 串行数据串行数据 n用二进制补码表示的音频数据。用二进制补码表示的音频数据。2.2 I2S总线总线l (1)串行数据串行数据SDl I2S格式的信号无论有多少位有效数据，格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最数据的最高位总是被最先传输高位总是被最先传输(在在WS变化变化(也就是一帧开始也就是一帧开始)后的后的第第2个个SCK脉冲脉冲处处)，因此最高位拥有固定的，因此最高位拥有固定的位置，而最低位的位置则是依赖于数据的有效位位置，而最低位的位置则是依赖于数据的有效位数。也就使得接收端与发送端的有效位数可以不数。也就使

22、得接收端与发送端的有效位数可以不同。同。l 如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；放弃数据帧中多余的低位数据；l 如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位自行补足剩余的位(常补足为零常补足为零)。2.2 I2S总线总线l 这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。为了保证数字音频便，而且不会造成数据错位。为了保证数字音频信号的正确传输，信号的正确传输，发送端和接收端应该采用相同发送端和接收端应该采用

23、相同的数据格式和长度的数据格式和长度。当然，对。当然，对I2S格式来说数据长格式来说数据长度可以不同。度可以不同。l 随着技术的发展，在统一的随着技术的发展，在统一的 I2S接口下，出现了接口下，出现了多种不同的数据格式。根据多种不同的数据格式。根据SDATA数据相对于数据相对于WS和和SCLK的位置不同，分为的位置不同，分为左对齐左对齐（较少使（较少使用）、用）、I2S格式格式（即飞利浦规定的格式）和（即飞利浦规定的格式）和右对齐右对齐（也叫日本格式、普通格式）。（也叫日本格式、普通格式）。2.2 I2S总线总线l 左右对齐左右对齐2.2 I2S总线总线l (2)声道选择声道选择WSl 声道

24、声道选择线表明了正在被传输的声道。选择线表明了正在被传输的声道。l WS为为“1”表示正在传输的是左声道的数据。表示正在传输的是左声道的数据。l WS为为“0”表示正在传输的是右声道的数据。表示正在传输的是右声道的数据。l WS可以在串行时钟的上升沿或者下降沿发生改可以在串行时钟的上升沿或者下降沿发生改变，并且变，并且WS信号不需要一定是对称的。信号不需要一定是对称的。l 在从属装置端，在从属装置端，WS在时钟信号的上升沿发生改在时钟信号的上升沿发生改变。变。WS总是在最高位传输前的一个时钟周期发生总是在最高位传输前的一个时钟周期发生改变，这样可以使从属装置得到与被传输的串行改变，这样可以使从

25、属装置得到与被传输的串行数据同步的时间，并且使接收端存储当前的命令数据同步的时间，并且使接收端存储当前的命令以及为下次的命令清除空间。以及为下次的命令清除空间。2.2 I2S总线总线l (3)串行时钟串行时钟SCKl SCK是模块内的同步信号，从模式时由外部提是模块内的同步信号，从模式时由外部提供，主模式时由模块内部自己产生。供，主模式时由模块内部自己产生。l (4)时序图时序图2.2 I2S总线总线l 16位和位和24位位SD2.2 I2S总线总线l 2、三种工作模式、三种工作模式l 从数据的接收和发送的角度来说，它可以分为从数据的接收和发送的角度来说，它可以分为数数据接收端据接收端和和数据发送端数据发送端；l 从时钟信号和声道选择信号的产生的角度来说，从时钟信号和声道选择信号的产生的角度来说，它又可以分为它又可以分为主机主机和和从机从机；l I2S就