IIC(I2C)总线设备地址，例如E2PROM、CH455G等器件应用

文章目录背景I2C特点IIC的物理层IIC的协议层a.数据的有效性b.起始和结束条件d.数据帧格式地址格式实战寻址E2PROMCH455G地址背景I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 集成电路总线，该总线由NXP（原PHILIPS）公司设计，多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。经常IIC和SPI接口被认为指

“逛丢一只鞋”

10364人浏览 · 2021-05-28 14:12:32

“逛丢一只鞋” · 2021-05-28 14:12:32 发布

背景

I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 集成电路总线，该总线由NXP（原PHILIPS）公司设计，多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。

经常IIC和SPI接口被认为指定是一种硬件设备，但其实这样的说法是不尽准确的，严格的说他们都是人们所定义的软硬结合体，分为物理层（四线结构）和协议层（主机，从机，时钟极性，时钟相位）。

IIC，SPI的区别不仅在与物理层，IIC比SPI有着一套更为复杂的协议层定义。下面来分别说明一下IIC的物理层和协议层。

基本的I2C总线规范于20年前发布，其数据传输速率最高为100Kbits/s，采用7位寻址。但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加，I2C总线也增强为快速模式（400Kbits/s）和10位寻址以满足更高速度和更大寻址空间的需求。

I2C总线始终和先进技术保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近还增加了高速模式，其速度可达3.4Mbits/s。它使得I2C总线能够支持现有以及将来的高速串行传输应用，例如EEPROM和Flash存储器。

在现代电子系统中，有为数众多的IC需要进行相互之间以及与外界的通信。为了提供硬件的效率和简化电路的设计，PHILIPS开发了一种用于内部IC控制的简单的双向两线串行总线I2C。I2C总线支持任何一种IC制造工艺，并且PHILIPS和其他厂商提供了种类非常丰富的I2C兼容芯片。作为一个专利的控制总线，I2C已经成为世界性的工业标准。

每个器件都有一个唯一的地址，而且可以是单接收的器件（例如：LCD驱动器）或者可以接收也可以发送的器件（例如：存储器）。发送器或接收器可以在主模式或从模式下操作，这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。

I2C是一个多主总线，即它可以由多个连接的器件控制。

I2C特点

IIC是半双工，而不是全双工

IIC是真正的多主机总线，（对比SPI在每次通信前都需要把主机定死，而IIC可以在通讯过程中，改变主机），如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏
起始和终止信号都是由主机发出的，连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号
在起始信号后必须发送一个7位从机地址+1位方向位，用“0”表示主机发送数据，“1”表示主机接收数据。
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据
起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要

注：实际使用中，一般是单片机作为主机，其它器件作为从机，单片机先向器件发送信息表示要读取数据，之后转变传输方向，器件发送数据到单片机。

IIC的物理层

a．只要求两条总线线路，一条是串行数据线ＳＤＡ，一条是串行时钟线ＳＣＬ。（IIC是半双工，而不是全双工）。

b.每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。

c.IIC是真正的多主机总线，（而这个SPI在每次通信前都需要把主机定死，而IIC可以在通讯过程中，改变主机），如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。

d.传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。

e.连接到总线的IC数量只是受到总线的最大负载电容400pf限制。

一个典型的IIC接口如下图所示
在这里插入图片描述

IIC的协议层

IIC的协议层才是掌握IIC的关键。现在简单概括如下：

a.数据的有效性

在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定，数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
在这里插入图片描述

b.起始和结束条件

起始条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件，结束条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件，要注意起始和终止信号都是由主机发出的，连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态，对起始条件和结束条件的描述如下图所示。
在这里插入图片描述

d.数据帧格式

I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

在起始信号后必须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”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。

这里小编在驱动MPU6050模块的时候，就犯过这样的错误，它写的MPU6050从机地址是0x68,
因为发送从机地址的时候，要加一位读写方向位，因为刚开始应该是向这个MPU6050里写从机里某个寄存器的地址，
所以应该是7位地址   0x68(1101000)+二进制位0=11010000）也就是0xD0,表示要向该IIC设备里写东西，
然后再紧接着写入IIC设备里的寄存器地址，而我直接写入了0x68,导致出错

每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。

但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。

在总线的一次数据传输过程中，可以有以下几种组合方式：

[1] 主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：
在这里插入图片描述
注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。
A 表示应答(低电平)， A 非表示非应答（高电平）。 S 表示起始信号， P 表示终止信号。

[2]主机在第一个字节后，立即从从机读数据:
在这里插入图片描述

[3]在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始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：
在这里插入图片描述

地址格式(重点!!!)

第一个字节(为slave address)由7位地址和一位R/W读写位组成的，这字节是个器件地址。

首先：常用IIC接口通用器件的器件地址是由种类型号，及寻址码组成的，共7位。

细心的朋友可以发现虽然是7位,但是好多地方实际都是8位,这是因为对于IIC总线来说,确实只有7位表示地址,一个字节是8位,所以预留出来最低位作为读写(R / W)的控制操作

也就是对于地址就是D7-D1,但是发送时要加上D0位,也就是8位

如格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 (D0)
0  0  0  0  0  0  0  (0 )

器件类型由：D7-D4 共4位决定的。这是由半导公司生产时就已固定此类型的了，也就是说这4位已是固定的。
用户自定义地址码：D3-D1共3位。这是由用户自己设置的，通常的作法如EEPROM这些器件是由外部IC的3个引脚所组合电平决定的（用常用的名字如A0,A1,A2）。这也就是寻址码。
所以为什么同一IIC总线上同一型号的IC只能最多共挂8片同种类芯片的原因了。
最低一位D0就是R/W位。这一位是来说明操作是读还是写的,不是器件的地址位!一定要注意