1 前语
I2C总线|0″>I2C总线是具有多CPU体系所需的包含裁定和高低速设备同步等功用的高性能串行总线。它以两根连线完结完善的全双工数据传送，是各种总线中运用信号线根数最少，并具有主动寻址、多主机时钟同步和裁定等功用的总线。
现在世界上选用的I2C总线有两种规范，它们别离是由荷兰飞利浦公司和日本索尼公司提出的。现在广泛选用的是飞利浦公司的I2C总线技能规范，它已成为被电子职业认可的总线规范。
因为I2C总线具有规范的规范及很多带I2C接口的外围器材，使得运用I2C总线规划计算机体系变得非常便利、灵敏，体积也小，因而在各类实践运用中得到广泛运用。
2 I2C总线的根本原理
2.1 I2C总线根本结构
I2C总线体系结构灵敏，易于模块化、规范化规划。I2C总线只要两根信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。一切进入I2C总线体系中的器材都带有I2C总线接口，契合I2C总线电气规范的特性；并且选用纯软件寻址办法，无需器材片选线的衔接。CPU不仅能经过指令将某个功用器材挂靠或摘离总线，还可对其作业状况进行检测，然后完结对硬件体系即简略又灵敏的扩展与操控。各器材供电可不同，但需共地。别的，SDA、SCL需别离接上拉电阻。
SDA、SCL都是双向的，输出电路用于向总线上发送数据，输入电路用于接纳总线上的数据。当总线空闲时，两根线都是高电平。衔接总线的器材的输出端电路有必要是集电极开路输出或开漏输出，以具有线“与”功用。I2C总线的数据传送速率在规范形式下可达100kbit／s，快速形式下可达400kbit／s，高速形式下则可达3.4Mbit／s。
I2C总线接口电路结构如图1所示。
2.2 I2C总线数据传送
I2C总线数据传输时有必要遵从规则的数据传送格局，如图2所示为一次完好的数据传送格局。发动信号标明一次传送的开端，这以后为寻址字节，该寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成：方向位为“0”标明写操作，“1”标明读操作；在寻址字节后是由方向位指定读、写操作的数据字节与应对位；在数据传送完结后为中止信号。在“发动”与“中止”之间传送的数据字节数从理论上来说没有约束，但每个字节有必要为8位，并且每个传送的字节后边有必要跟一个应对位。
当SCL为高电平时，SDA由高电平跳变为低电平，界说为发动信号；当SCL为低电平时，SDA由低电平跳变为高电平，界说为中止信号。
在SCL为高电平时，SDA上数据需坚持稳定方被以为有用；只要在SCL为低电平时，才答应SDA电平状况改动。
2.3时钟信号的同步
在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL线上的一切器材的逻辑“与”完结的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器材，一旦某个器材的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一向坚持低电平，使SCL线上的一切器材开端低电平期。此刻，低电平周期短的器材的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状况，所以这些器材将进入高电平等候的状况。当一切器材的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期完毕，SCL线被开释回来高电平，即一切的器材都一起开端它们的高电平期。这以后，第一个完毕高电平期的器材又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时刻由时钟低电平期最长的器材确认，而时钟高电平时刻由时钟高电平期最短的器材确认。
2.4 总线竞赛的裁定
总线上或许挂接有多个器材，有时会产生两个或多个主器材一起想占用总线的状况，这种状况叫做总线竞赛。I2C总线具有多主控才能，可以对产生在SDA线上的总线竞赛进行裁定，其裁定原则是这样的：当多个主器材一起想占用总线时，假如某个主器材发送高电平，而另一个主器材发送低电平，则发送电平与此刻SDA总线电平不符的那个器材将主动封闭其输出级。总线竞赛的裁定是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，假如主器材寻址同一个从器材，则进入数据位的比较，然后保证了竞赛裁定的可靠性。因为是使用I2C总线上的信息进行裁定，因而不会形成信息的丢掉。
3 I2C总线接口逻辑的构成
3.1 I2C总线接口电路的结构
I2C总线接口逻辑框图如图5所示。
在电路规划中，各功用块的硬件完结介绍如下。
发动、中止检测电路运用两个D触发器来别离呼应SDA在SCL为高电平时的电平跳变。
移位寄存器电路由9个D触发器串联成9级移位寄存器，包含8位字节和1位应对位，完结SDA上数据的串并行转化。寄存器复位值为“111111110”，接纳8位字节后为“0D7D6D5D4D3D2D1D0”，即应对位为“0”，在第9个时钟时输出低电平作为应对信号。
可编程地址产生器电路生成器材地址，7位器材地址由器材编号地址(高4位)和引脚地址(低3位)组成。经过改动器材引脚的衔接方法，就可改动器材地址，因而使运用便利灵敏。
地址比较器电路由门电路组成布尔代数式逻辑，对寻址字节进行判别。若地址正确则将RS触发器置“1”，使能译码器输出。
3.2 I2C总线接口作业流程
I2C总线接口作业流程如图6所示。
3.3 Verilog仿真程序
4 完毕语
现在选用I2C技能的单片机以及外围器材已广泛运用于家用电器、通讯设备及各类电子产品中，并且运用规模将会越来越广。
本文简略介绍了I2C总线接口电路，期望对相关从业人员有所协助。
