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IIC总线协议的基本原理

通信协议:所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做…

通讯协议:所谓通讯协议是指通讯两边的一种约好。约好包含对数据格局、同步方法、传送速度、传送过程、检纠错方法以及操控字符界说等问题做出一致规则,通讯两边有必要一起恪守。因而,也叫做通讯操控规程,或称传输操控规程,它归于ISOS OSI七层参阅模型中的数据链路层。现在,选用的通讯协议有两类:异步协议和同步协议。

同步协议又有面向字符和面向比特以及面向字节计数三种。其间,面向字节计数的同步协议首要用于DEC公司的网络体系结构中。

异步协议:一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,传输一个字符时,以开端位开端,然后传输字符自身的各位,接着传输校验位,最终以中止位完毕该字符的传输。一次传输的开端位、字符各位、校验位、中止位构成一组完好的信息,称为帧(Frame-)。帧与帧之间可有恣意个闲暇位。开端位之后是数据的最低位。

串口通讯(Serial Communication), 是指外设和计算机间,经过数据信号线 、地线、操控线等,按位进行传输数据的一种通讯方法。这种通讯方法运用的数据线少,在远距离通讯中能够节省通讯本钱,但其传输速度比并行传输低。

当时比较盛行的串行通讯协议首要有EIA-232、EIA-232、EIA-485、USB、IEEE 1394几种:

以下侧重介绍I2C总线
一、I2C总线概述:
I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线,是具有多主机体系所需的包含总线判决和高低速器材同步功用的高性能串行总线。I2C总线只要两根双向信号线。一根是数据线SDA,另一根是时钟线SCL。如下图:

I2C总线经过上拉电阻接正电源。当总线闲暇时,两根线均为高电平。连到总线上的任一器材输出的低电平,都将使总线的信号变低,即各器材的SDA及SCL都是线“与”联系。如下图:

每个接到I2C总线上的器材都有仅有的地址。主机与其它器材间的数据传送能够是由主机发送数据到其它器材,这时主机即为发送器。由总线上接纳数据的器材则为接纳器。在多主机体系中,或许一起有几个主机妄图发动总线传送数据。为了防止紊乱, I2C总线要经过总线裁定,以决议由哪一台主机操控总线。

二、I2C总线数据传送:
1、数据位的有效性规则
I2C总线进行数据传送时,时钟信号为高电平期间,数据线上的数据有必要保持稳定,只要在时钟线上的信号为低电平期间,数据线上的高电平或低电平状况才答应改动。如下图:

2、开端信号和中止信号
SCL线为高电平期间,SDA线由高电平向低电平的改动表明开端信号;SCL线为高电平期间,SDA线由低电平向高电平的改动表明中止信号。如下图:

开端和中止信号都是由主机宣布的,在开端信号产生后,总线就处于被占用的状况;在中止信号产生后,总线就处于闲暇状况。连接到I2C总线上的器材,若具有I2C总线的硬件接口,则很简单检测到开端和中止信号。接纳器材收到一个完好的数据字节后,有或许需求完结一些其它作业,如处理内部中止服务等,或许无法立刻接纳下一个字节,这时接纳器材能够将SCL线拉成低电平,从而使主机处于等候状况。直到接纳器材准备好接纳下一个字节时,再开释SCL线使之为高电平,从而使数据传送能够持续进行。

3、数据传送格局
(1)字节传送与应对
每一个字节有必要确保是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边都有必要跟从一位应对位(即一帧共有9位)。如下图:

由于某种原因从机不对主机寻址信号应对时(如从机正在进行实时性的处理作业而无法接纳总线上的数据),它有必要将数据线置于高电平,而由主机产生一个中止信号以完毕总线的数据传送;
假如从机对主机进行了应对,但在数据传送一段时间后无法持续接纳更多的数据时,从机能够经过对无法接纳的榜首个数据字节的“非应对”告诉主机,主机则应宣布中止信号以完毕数据的持续传送;
当主机接纳数据时,它收到最终一个数据字节后,有必要向从机宣布一个完毕传送的信号。这个信号是由对从机的“非应对”来完结的。然后,从机开释SDA线,以答应主机产生中止信号。

(2)数据帧率格局
I2C总线上传送的数据信号是广义的,既包含地址信号,又包含真实的数据信号。在开端信号后有必要传送一个从机的地址(7位),第8位是数据的传送方向位(R/T),用“0”表明主机发送数据(T),“1”表明主机接纳数据(R)。每次数据传送总是由主机产生的中止信号完毕。可是,若主机期望持续占用总线进行新的数据传送,则能够不产生中止信号,立刻再次宣布开端信号对另一从机进行寻址。
在总线的一次数据传送过程中,能够有以下几种组合方法:
①主机向从机发送数据,数据的传送方向在整个传送过程中不变:

【注】有暗影部分表明数据由主机向从机传送,无暗影部分则表明数据由从机向主机传送。
A表明应对, A非表明非应对(高电平)。S表明开端信号,P表明中止信号。

②主机在榜首个字节后,立即从从机读数据:

③在传送过程中,当需求改动传送方向时,开端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。

4、总线的寻址
I2C总线有明确规则:选用7bit寻址字节(寻址字节是开端信号后的榜首个字节)。

【注】D7~D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位,为“0”时表明主机向从机写数据,为“1”时表明主机由从机读数据。

主机发送地址时,总线上的每个从机都将这7位地址码和自己的地址比较,假如相同,则以为自己被主机寻址,依据R/T位将自己确以为发送器或许接纳器。
从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个体系中,或许期望接入多个相同的从机,从机地址中能够编程的部分决议了可接入总线该类器材的最大数目。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个相同的器材,即能够有8个相同的器材接入到该I2C总线体系中。

附:单片机I2C串行总线数据传送模仿

子程序:

1)总线的初始化
Void init()
{
SDA = 1;
delay( );
SCL = 1;
delay( );
}
将总线都拉高以开释总线

2)发动信号
void start()
{
SDA = 1;
delay( );
SCL = 1;
delay( );
SDA = 0;
delay( );
}
SCL在高电平期间,SDA一个下降沿发动信号

3)应对信号
void respons()
{
Uchar i=0;
SCL = 1;
delay( );
While((SDA == 1)&&(i < 255))
{
i++;
SCL = 0;
delay( );
}
}
SCL在高电平期间,SDA被从设备拉为低电平表明应对,上面的代码中有一个(SDA == 1)和(i <<255)与联系,表明若在一段时间内没有收到从器材的应对则主器材默许从器材现已收到数据而不再等候应对信号,假如不加这个延时退出,一旦从器材没有发送应对信号,程序将永久停在这儿,而真实的程序中不答应这样的状况产生。 4)中止信号
void stop()
{
SDA = 0;
delay( );
SCL = 1;
delay( );
SDA = 1;
delay( );
}
SCL在高平期间,SDA一个上升沿中止信号。

5)写一个字节
void writebyte(uchar data)
{
Uchar i,temp;
temp = data;
for(i=0;i<8,i++)
{
temp=temp<<1;
SCL=0;
Delay();
SDA=CY;
Delay();
SCL=1;
Delay();
}
SCL=0;
Delay();
SDA=1;
Delay();
}
串行发送一个字节时,需求把这个字节中的8位一位一位的宣布,temp=temp<<1表明左移,将最高位移入PSD寄存器CY位中然后将CY赋给SDA,从而咋SCL的操控下发送出去。 6)读一个字节
Uchar readbyte()
{
Uchar i,k;
SCL=0;
Delay();
SDA=1
For(i=0;i<8;i++)
{
SCL=1;
Delay();
K = (k<<1)|SDA;
SCL=0;
Delay();
}
Delay();
Retrun k;
}
串行承受一个字符时需求将8位一位一位的接纳,然后再组合成一个字节,上面代码中咱们界说了一个暂时变量k,将k左移一位后与SDA进行或运算,顺次把8个独立的位放入一个字节中来完结接纳。

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