IIC總線接口基礎知識

從《單片機原理及應用》抄錄的筆記

1、IIC總線架構

IIC總線只有兩根連線：

• 一根數據線SDA
• 一根時鍾線SCL

所有連接線IIC總線上的器件其數據線都連接到SDA線上，其時鍾線都連接到SCL上。

IIC總線的基本架構如圖所示（Rp約5.1kΩ）：

2、IIC總線的特點

1）采用2線制

2）傳輸速率高

標准模式傳輸速率為100kbps，快速模式為400kbps，高速模式為3.4Mbps。

# bps的解釋

1. 是bits per second的縮寫，即比特率、比特/秒、位/秒、每秒傳送二進制位數，是數據傳輸速率的常用單位，通常用來衡量帶寬的單位。
2. 另外軟件上顯示的速度則是指每秒傳輸的字節數（Byte），通常用B（大寫）表示。
3. 數據傳輸（如上面的bps）的衡量單位K是十進制含義，數據存儲（如下面的內存換算）的K是2進制的含義。

1MB=1024KB=1024*1024B，1B（字節）=8b（位）

1M帶寬即指1Mbps=1000kbps=1000/8 kBps = 125kBps——注意大小寫b：前兩個是小寫b，后兩個是大寫B

也就是說生活中的100M寬帶，理論傳輸速率應該是12.5MBps（最直觀的就是手機上面顯示的實時網速），但是因為各種原因，實際的傳輸速率一般不會達到12.5MBps。

3）支持多主和主/從兩種工作方式

各主方式時，要求各主單片機配備IIC總線標准接口。(80C5單片機沒有IIC總線標准接口，只能工作於主/從方式)

3、IIC總線的數據傳輸

在IIC總線上，每一位數據位的傳輸都與時鍾脈沖相對應。

邏輯0和邏輯1的信號電平取決於相應的電源電壓，使不同的半導體制造工藝，如CMOS、NMOS等類型的電路都可以接入總線。對於數據傳輸，IIC總線協議規定了如下信號時序：

1）起始和停止信號

起始和停止信號如圖所示：

• SCL為高電平期間，SDA由高電平向低電平的變化表示起始信號
• SCL為高電平期間，SDA由低電平向高電平的變化表示停止信號。

起始和終止信號如下圖所示。

總線空閑時，SCL和SDA兩條線都是高電平。

SDA線的起始信號和停止信號由主機發出。

在起始信號后，總線處於被占用的狀態；在停止信號后，總線處於空閑狀態。

2）字節格式

傳輸字節數沒有限制，但每個字節必須是8位長度。

先傳最高位（MSB），每個被傳輸字節后面都要跟隨應答位（即一幀共有9位）。

字節傳送時序如圖所示：

從器件接收數據時，在第9個時鍾脈沖要發出應答脈沖，但在數據傳輸一段時間后無法繼續接收更多的數據時，從器件可以采用“非應答”通知主機，主機在第9個時鍾脈沖檢測到SDA線無有效應答負脈沖（即非應答）則會發出停止信號以結束數據傳輸。

與主機發送數據相似，主機在接收數據時，它收到最后一個數據字節后，必須向從器件發出一個結束傳輸的“非應答”信號。然后從器件釋放SDA線，以允許主機產生停止信號。

（ ——將單片機稱作主機，擴展的器件稱為從器件）

3）數據傳輸時序

對於數據傳輸，IIC總線協議規定：

• SCL由主機控制，從器件在自己忙時拉低SCL線以表示自己處於“忙狀態”。

• 字節數據由發送器發出，響應位由接收器發出。

• SCL高電平期間，SDA線數據要穩定，SCL低電平期間，SDA線數據允許更新（看下面的圖，SDA每次改變高低電平都是在SCL為低電平期間）。

數據傳輸時序圖如下圖所示：

4）尋址字節

主機發出起始信號要先傳送1個尋址字節：7位從器件地址，1位傳輸方向控制位（用“0”表示主機發送數據，“1”表示主機接收數據）。

格式為：

D7~D1位組成從器件的地址。D0位是數據傳送方向位。

主機發送地址時，總線上的每個從器件都將這7位地址碼與自己的地址進行比較。如果相同，則認為自己正在被主機尋址。

器件地址由固定部分和可編程兩部分組成。