i2c总线的串行扩充技术

1、020 387309163873091738730976I2C总线具有十分完善的总线协议 可多主系统 在协议支持下 可自动处理总线上任何可能的运行状态 本篇主要介绍I2C拟技术应用十分广泛 (本文节选自恩师 I2C11I2C扩展示意图中表示出单片机应用系统常用的I2C总SRAM E2PROM ADC/DAC RTC I/O 口 DTMF1 I2C许多通用接口如键盘 码盘接口和 I2CI2CI2CI2020 387309163873091738730976I2C总线具有十分完善的总线协议 可多主系统 在协议支持下 可自动处理总线上任何可能的运行状态 本篇主要介绍I2C拟技术应用十分广泛 (本文节

2、选自恩师 I2C11I2C扩展示意图中表示出单片机应用系统常用的I2C总SRAM E2PROM ADC/DAC RTC I/O 口 DTMF1 I2C许多通用接口如键盘 码盘接口和 I2CI2CI2CI2CSFR 除了图 1器件外 Philips器件 在通信音像 I2C2I2CCMOSI2CI2C1020 387309163873091738730976量器件都有一个器件地址 总线上扩展制3总线为双向同步串行总线 因此 I2C25-2 80C51I2C4I2CI2C址寄存器件 称为主器件的从地址 I2C 7 位组成 它和1向 020 387309163873091738730976量器件都有一

3、个器件地址 总线上扩展制3总线为双向同步串行总线 因此 I2C25-2 80C51I2C4I2CI2C址寄存器件 称为主器件的从地址 I2C 7 位组成 它和1向 是 I2C件器件地址 DA3 DA2 DA1 出厂时 就已给定 例如 I2CE2PROMAT24CXX1010 4LED引脚地址 A2 A1 A2 A1 A0源或接地的不同 形成的地址数据数据方向 收 发数据方向位规定了总线上主节点对从节点的数据传送方向 R 二 主方式下的I2C1 I2C1 多主应用的I2CI2CI2C口单片机时 会出现多主竞争的复杂状态 I2C 总线软 硬件协议 以及 I2C2020 38730916387309

4、1738730976机中的 SFR 保证了多主竞争时的协调管理 I2C器中定位后 利线上出现的 26 种状态 在使用 I2C 总线时编制出归一化操作命令 用于 I2C多主系统的虚拟 I2C 总线 就必须在虚拟 I2C决多主竞争状况 这几乎是不可能的 因此 在多主的 2 单片系统中的 I2C总线系统中 一定要使用带 在单主方式的I2C总线系统中总线上只有一个单片机其余都是带I2C总线节点也不必有自己的节点地址 在这种情况下 单片机可以没有 I2C 总线接口 可以用两根I/OI2CI2C 总线都是单主系统 因此 I2C用十分广泛 目前 包括许多单主系统中 单片机节点不会成为从节点 故虚拟 020

5、387309163873091738730976机中的 SFR 保证了多主竞争时的协调管理 I2C器中定位后 利线上出现的 26 种状态 在使用 I2C 总线时编制出归一化操作命令 用于 I2C多主系统的虚拟 I2C 总线 就必须在虚拟 I2C决多主竞争状况 这几乎是不可能的 因此 在多主的 2 单片系统中的 I2C总线系统中 一定要使用带 在单主方式的I2C总线系统中总线上只有一个单片机其余都是带I2C总线节点也不必有自己的节点地址 在这种情况下 单片机可以没有 I2C 总线接口 可以用两根I/OI2CI2C 总线都是单主系统 因此 I2C用十分广泛 目前 包括许多单主系统中 单片机节点不会

6、成为从节点 故虚拟 I2C 总线只有主方式下的主发送和主方式下的 I2C 总线虚拟 应按照 I2C出主方式下的时序模拟子程序主发送/主接收子程序并将这些了程序归纳成虚拟I2C总线包 包的基础上给出归一化的 I2C 总线操作命令 使用者只须将虚拟 I2C总 I2C3I2C 传送的字节数没有限制 只要求每传送一个字节后 在总线传送完一个字节后 可以通过对时钟线的控制 使传送暂停 例如 当某个外围器件接收 N应答信号后 使 SCL 变低电平 控制总线暂停 如果主节点要求总线暂停 也可使时钟线保持低电平 控制总线暂停3 I2CI2CI2C号有起始信号 终止信号 应答信号 A43020 38730916

7、38730917387309764 I2C起始信号 终止信号 P I2C 总线数据传送应答信号 应答 信号 SCLI2C9高电平时为 非应答 信号 83程总线上一次完整的数据传送如图5所示 其完整的数据操作包括起始 寻址字节 SLA应答 发送数据 应答直到终止 对于不同方式下的操作略有不同 5 1N:主节点发送 从节点接收寻址字节 写020 3873091638730917387309764 I2C起始信号 终止信号 P I2C 总线数据传送应答信号 应答 信号 SCLI2C9高电平时为 非应答 信号 83程总线上一次完整的数据传送如图5所示 其完整的数据操作包括起始 寻址字节 SLA应答 发

8、送数据 应答直到终止 对于不同方式下的操作略有不同 5 1N:主节点发送 从节点接收寻址字节 写2器件节点发送N个字节数据数据操作格式如其中 SLAR 寻址字节 SLARI2C4AAPSAAAAAPSAAA020 387309163873091738730976I2CI2CI2C包的支持下自动完成 应用程序设计时只要按照归一化的操作指令准备I2C器件中 器件三 主方式下的虚拟I2C包为了在使用虚拟 I2CI2C包 VIIC 并在 VICC1020 387309163873091738730976I2CI2CI2C包的支持下自动完成 应用程序设计时只要按照归一化的操作指令准备I2C器件中 器件三

9、 主方式下的虚拟I2C包为了在使用虚拟 I2CI2C包 VIIC 并在 VICC1 典型信号的时序要求I2C 总线数据传送时 有起始位 终止位 发送 0 及应答位 发送 及非应答位 A 等信号 按照典型 I2C6 I2CI2CVSDAVSCL 时钟线 80C512 s 起始 终止 发送应答位 MACK 发送非应答位 STA STOP 5020 387309163873091738730976MACK MNACK SETBNOP如果单片机的主时钟不6MHZI2C 总线的数据操作中可以看出 除了基本的启动 终止 位 发送非应答位 MNACK 外 还应有应答位检查 CACK 和归一化的读写子程020

10、 387309163873091738730976MACK MNACK SETBNOP如果单片机的主时钟不6MHZI2C 总线的数据操作中可以看出 除了基本的启动 终止 位 发送非应答位 MNACK 外 还应有应答位检查 CACK 和归一化的读写子程序 如发送一个字节 个字节的子程序 在应答位检查子程序 接收一个字节 发送N个字节 WRNBYT 和接收中设置了标志位 CACKF0正常应答位后 F0=0 CACK SETBCEND C VSDA VSDA使 VSDA 上数据有效预设 F0=0VSDACEND 无正常应答 子程序结束 发送一个字节数据 I2CVSDA6020 38730916387

11、3091738730976R0 1 判断发送 1 还是 发送 0 转8发送 1 程序段发送 0 程序段该子程序用来从VSDA执行本程序后 VSDARDBYT MOV RLP 资源占用 R0 R008H C C8R0读入 0020 387309163873091738730976R0 1 判断发送 1 还是 发送 0 转8发送 1 程序段发送 0 程序段该子程序用来从VSDA执行本程序后 VSDARDBYT MOV RLP 资源占用 R0 R008H C C8R0读入 0 程序段 由CR2AAR2 A R0 8在 I2C器件发送多个字节数据 本VSDANI2C线规定的读 写操作格式进行 如主控器

12、向 I2C 总线上某个字节时 其数据操作格式如下其中 器件寻址字节 如下WRNBYT R3 7SAAAdata AP020 387309163873091738730976A F0 WRNBYT R3 R3 STA WRBYT CACKMTD 主节点发送数据缓冲区首址RAM器件寻址字节存放单元NUMBYT 发送数据字节数存放单元数据缓冲区中 调用本子程序后 N从N 个字节数据 RDNBYT 子程序在I2C总线系统中主控器按主接收方式AN器件寻址字节 如下R3 NUMBYT A SLA 020 387309163873091738730976A F0 WRNBYT R3 R3 STA WRBYT

13、 CACKMTD 主节点发送数据缓冲区首址RAM器件寻址字节存放单元NUMBYT 发送数据字节数存放单元数据缓冲区中 调用本子程序后 N从N 个字节数据 RDNBYT 子程序在I2C总线系统中主控器按主接收方式AN器件寻址字节 如下R3 NUMBYT A SLA 发送寻址字节 N 节读完否?未完转 ACK 8data APSAdata Adata A020 387309163873091738730976ACK: R3 STA STOP WRBYT RDBYT MACK MNACK 等子程序 须满足这些子程序的调用要求 RDNBYT单元 除了在 WRNDYTSLA MTD NUMBYTSLA

14、器件寻址 读 存放单元MRDRDNBYTSUBADRN入主节点片内以 MRD 为首址的数据缓冲器中主方式虚拟I2C1VIIC020 387309163873091738730976ACK: R3 STA STOP WRBYT RDBYT MACK MNACK 等子程序 须满足这些子程序的调用要求 RDNBYT单元 除了在 WRNDYTSLA MTD NUMBYTSLA 器件寻址 读 存放单元MRDRDNBYTSUBADRN入主节点片内以 MRD 为首址的数据缓冲器中主方式虚拟I2C1VIICSTA STOP MACK MNACKCACK RDBYT WRNBYT RDNBYT 9020 387

15、309163873091738730976C VSDA R0 #08H R0 020 387309163873091738730976C VSDA R0 #08H R0 R0 A020 387309163873091738730976A AF0 WRNBYT R3 R3 NUMBYT A SLA F0 RDNR1 #MRD C020 387309163873091738730976A AF0 WRNBYT R3 R3 NUMBYT A SLA F0 RDNR1 #MRD CR0 R1 R2 R3 寻址字节 SLAW/R 存放单元2 归一化的通用读写子程序 I2C3支持下 I2C 020 387

16、3091638730917387309767 可以看出 与应用程序设计直接相关的有 寻址字节 7 虚拟I2C寻址字节 寻址字节有寻址字节 写 SLAW 读 SLAR 寻址字节12数据操作格式 由具体节点器件给出的 能完全表达器件工作过程中 数据操3VIIC适用范围 虚拟 I2C总线只适用于主方式下I2C总线41包 VIIC 装载 在虚拟 I2C23通用包中标记符号赋值 VIIC 中有许多标记符号 要根据系统的资源分配 在虚拟I2C虚拟I2C020 3873091638730917387309767 可以看出 与应用程序设计直接相关的有 寻址字节 7 虚拟I2C寻址字节 寻址字节有寻址字节 写

17、SLAW 读 SLAR 寻址字节12数据操作格式 由具体节点器件给出的 能完全表达器件工作过程中 数据操3VIIC适用范围 虚拟 I2C总线只适用于主方式下I2C总线41包 VIIC 装载 在虚拟 I2C23通用包中标记符号赋值 VIIC 中有许多标记符号 要根据系统的资源分配 在虚拟I2C虚拟I2C4 使用归一化操作命令MOV SLA #SLAW/#SLAR NUMBYT #NLCALL 指向那个节点 并认定发送 SLAW 还是接收 四E2PROMI/O 虚拟I2C020 387309163873091738730976E2PROMADC/DAC 有 LED8LEDI2CVIIC 并假设 V

18、IIC020 387309163873091738730976E2PROMADC/DAC 有 LED8LEDI2CVIIC 并假设 VIIC这样 在应用程序实例中SLA #SLAR/W 只使用以下三条归一化操作指令 即VIIC行了以下伪指令定义 1 器件选择I2CE2PROM 有许多型号系列 其中 AT24CXX CAT24WC01/02/04/08/16128*8/256*8/512*8/1024*8/2048*8 9 CAT24WC02 的E2PROM9 a020 387309163873091738730976图9 AT24C02及2 电路设计AT24C02TEST 脚为测试端 系统中可

19、接地处理 A2 A1 A0I2C88*256*8=2048*88256*8CAT24WC04 则 A0CAT24WC08 CAT24WC16A1 A2A23 节点地址CAT24WC02XX1010 A2 A1 A09 b 中的连接方式000 因此 CAT24WC02SLAW=A0H SLAR=A1H2 CAT24WC02CAT24WC02图 成 由于 E2PROM写入时间为 5-10ms 如查从外部直接写入 每写一个字节都要等候 5-10ms 成批数据写入时等候时间很长 在设置 SRAM 性质的输入缓冲器时 对 E2PROM 的写入变成对 SRAM 缓冲器的装载 装载完后启动一个自动写入逻辑将

20、缓冲器中的全部数据一次写入 E2PROM 阵列中 对缓冲器的输入称为页写 缓冲器的空量称为页写字节数 CAT24WC028 占用最低 33址开始写入 不超过页写字节数时 对 E020 387309163873091738730976图9 AT24C02及2 电路设计AT24C02TEST 脚为测试端 系统中可接地处理 A2 A1 A0I2C88*256*8=2048*88256*8CAT24WC04 则 A0CAT24WC08 CAT24WC16A1 A2A23 节点地址CAT24WC02XX1010 A2 A1 A09 b 中的连接方式000 因此 CAT24WC02SLAW=A0H SLA

21、R=A1H2 CAT24WC02CAT24WC02图 成 由于 E2PROM写入时间为 5-10ms 如查从外部直接写入 每写一个字节都要等候 5-10ms 成批数据写入时等候时间很长 在设置 SRAM 性质的输入缓冲器时 对 E2PROM 的写入变成对 SRAM 缓冲器的装载 装载完后启动一个自动写入逻辑将缓冲器中的全部数据一次写入 E2PROM 阵列中 对缓冲器的输入称为页写 缓冲器的空量称为页写字节数 CAT24WC028 占用最低 33址开始写入 不超过页写字节数时 对 E2PROMSRAM 的操作相同 若超过页写字节数时 应等候 5-10ms 后再启动一次写操作由于缓冲区容量较小 只

22、占据最低 3883 AT24CXXI2C 总线中 对 存储单元读写时 址外还须指定读 写的子 地 址CAT24WC02的器件手册 读 写图(1)写N(2)读N.APSAASAAAAPSAAAA020 387309163873091738730976因此 在读 N 操作前 要进行一个字节 的写操作 然后重新启动读操(三 LED1 1 器件选择I2CLEDSAA10642LED4LEDADR 但可选择 4态 故一个 I2C4SAA1064 最多可扩展 16LEDSAA10642 电路设计11 b 是由两片 8LEDSAA1064SAA1064ADR11 SAA10648LED3 节点地址SAA10

23、640111ADRA2 A1 A0020 387309163873091738730976因此 在读 N 操作前 要进行一个字节 的写操作 然后重新启动读操(三 LED1 1 器件选择I2CLEDSAA10642LED4LEDADR 但可选择 4态 故一个 I2C4SAA1064 最多可扩展 16LEDSAA10642 电路设计11 b 是由两片 8LEDSAA1064SAA1064ADR11 SAA10648LED3 节点地址SAA10640111ADRA2 A1 A0ADR模拟电平的比较编址 ADR0 3/8VDD VDDA2 A1 A0000 001 010 011在图 11(b)中 两

24、片 SAA1064 有两个节点地址 为连接简单 通常 ADR 一个接地 一按图中接法 SAA1064 1 的SLAW/SLAR为70H/71H SAA1064 2 的 2 SAA10641 封装与引脚功能P1-aSAA1064 DIP24地址引脚端 44 个引脚地址时钟振荡器外接电容 典型值为 2.7nF段驱动输出端口 分别为两个 8 P1 P9 P8 P16最口锁存器置 1I2C020 387309163873091738730976SAA1064 有2*82LEDMX1 MX24LED11 b 即是 SAA1064LEDP1-P161 时 端口为低电平状态 相应的 LED点亮 LED 为共

25、阳极器件 但由于段驱动为送 1 点亮 LED3 具有较强的控制功能 能实现亮度控制这些控制位都设置在控制命令 COM 显示器测试 静 动态及位的亮控静 动态显示选择 C0=11 3 暗亮选择 C1=12 4测试位 C3=1时 C5 C6 驱动电流控制位 C4 C5 C6 1 时 驱动电流分别为 3mA 12mA13 数据操作格式SAA1064SUBADR COM data1-data4 SUBADR=00H 按控制要求选择 data1-data4 为共阴极段码 SLAW 为寻址字节 写四 I/O1 1 器件选择I2C电路中 有 I/OPCF8574出的8 位准双向口 可广泛用于 I/O 口接口

26、扩展PCF8574020 387309163873091738730976SAA1064 有2*82LEDMX1 MX24LED11 b 即是 SAA1064LEDP1-P161 时 端口为低电平状态 相应的 LED点亮 LED 为共阳极器件 但由于段驱动为送 1 点亮 LED3 具有较强的控制功能 能实现亮度控制这些控制位都设置在控制命令 COM 显示器测试 静 动态及位的亮控静 动态显示选择 C0=11 3 暗亮选择 C1=12 4测试位 C3=1时 C5 C6 驱动电流控制位 C4 C5 C6 1 时 驱动电流分别为 3mA 12mA13 数据操作格式SAA1064SUBADR COM

27、data1-data4 SUBADR=00H 按控制要求选择 data1-data4 为共阴极段码 SLAW 为寻址字节 写四 I/O1 1 器件选择I2C电路中 有 I/OPCF8574出的8 位准双向口 可广泛用于 I/O 口接口扩展PCF8574的中断输出引脚在端口输入状态改变时 有中断信号输出 因此 用 PCF8574工作在中断方式 在对 PCF8574 进行一次读写操作后 便自动清除中断请求 I/O 端口的驱动能力IOL=25mA,IOH300 A2 电路设计I/O的电路和外设接口 都可以用 PCF8574 来完成 例如 各种类型的独立式键盘与行列式键盘 码盘输入接口 继电路驱动控制

28、 LED 图 b 给出了 PCF857480C51I2C 总线的接口电路 PCF8574漏输出 要加上拉电阻 I/OSAAAAAAAPdata data data data 020 3873091638730917387309761 节点地址PCF8574PCF8574A 在本节 两个器件地址 即 01000111 分属于SAA10640111 2 PCF85741 封装及引脚功能12 P0-aPCF8574 DIP16300 8IOL=25mA I2C 总线接口中断请求输出 低电平有效2.5-6V 典型值+SDA 2 应用原理020 3873091638730917387309761 节点地址PCF8574PCF8574A 在本节 两个器件地址 即 01000111 分属于SAA10640111 2 PCF85741 封装及引脚功能12 P0-aPCF8574 DIP16300 8IOL=25mA I2C 总线接口中断请求输出 低电平有效2.5-6V 典型值+SDA 2 应用原理数 I/OI/OI2CPCF8574I/OMRD断请求复位 呈高电平3 4 SI2CPCF8574I/OPCF8574I/O PO