IIC總線概述/工作原理/競爭機(jī)制/電氣特性

1啥是IIC

IIC(Inter-Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的同步、半雙工、串行總線。其信號線由時(shí)鐘(SCL)和數(shù)據(jù)(SDA)兩條線組成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖。

2IIC如何工作

掛載在IIC總線上的設(shè)備既可以作為主機(jī)也可以作為從機(jī)。既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)。但是同一時(shí)刻，只能有兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信，并且只能一個(gè)發(fā)送，另一個(gè)接收，即半雙工通信。如何實(shí)現(xiàn)此特性呢?秘密就在設(shè)備的總線端口上，請看下圖。

如上圖所示：

IIC總線的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號線，輸出端是漏極開路(OD門)或者集電極開路(OC門)，因此只能輸出邏輯低(0)和高阻態(tài)(Hiz)。為了輸出邏輯高(1)，必須上拉電阻到電源。在數(shù)字電路上，此設(shè)計(jì)稱為：線與邏輯。

線與邏輯：兩個(gè)輸出端(包括兩個(gè)以上)直接互連就可以實(shí)現(xiàn)“AND”的邏輯功能。

與邏輯：只要參與運(yùn)算的單元有一個(gè)是0，其結(jié)果為0

因此IIC總線協(xié)議規(guī)定：

SDA和SCL同時(shí)為高電平時(shí)，總線為空閑狀態(tài);

SCL為高電平期間，SDA由高電平變?yōu)榈碗娖?下降沿)，為起始信號;

SCL為高電平期間，SDA由低電平變?yōu)楦唠娖?上升沿)，為結(jié)束信號;

傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，SCL低電平數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，高電平保持;

IIC一般采用MSB(Most Significant Bit)傳輸方式;

一般總線上數(shù)據(jù)都以字節(jié)Byte(8 bit)傳輸，第9bit為應(yīng)答位;

應(yīng)答ACK為低電平，NACK為高電平;

一個(gè)典型的IIC數(shù)據(jù)幀

3IIC總線競爭機(jī)制

上文中說到：總線中的設(shè)備既可以做主機(jī)也可以做從機(jī)，那么誰做主機(jī)?誰做從機(jī)?

這是兩個(gè)問題，一般情況下主機(jī)提供時(shí)鐘SCL，發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)，從機(jī)響應(yīng)。

Q1:如果有兩個(gè)或者以上的設(shè)備同時(shí)想發(fā)送數(shù)據(jù)怎么辦?

這就是涉及到總線的仲裁機(jī)制。因?yàn)榭偩€上只能有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)同時(shí)工作。舉例說明總線競爭機(jī)制。假設(shè)設(shè)備A和設(shè)備B同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)備A發(fā)送8b'1010_1010，設(shè)備B發(fā)送8b'1010_1110,當(dāng)發(fā)送到BIT2的時(shí)候，A發(fā)送的是0，B 發(fā)送的是1，這時(shí)候總線狀態(tài)為0，因此B退出競爭，釋放總線。

從上面可以看出：誰最先發(fā)送0，誰獲得總線控制權(quán)。

4IIC通信協(xié)議Q2:哪個(gè)從機(jī)響應(yīng)?如何響應(yīng)?

分析此問題必須從協(xié)議層入手，找誰的問題很好解決，就是設(shè)備編號的問題，專業(yè)的叫做設(shè)備地址. 顯而易見的，總線上的設(shè)備地址必須是唯一的。為了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，協(xié)議規(guī)定：設(shè)備地址有7bit或10bit，常用7bit地址，理論上最大支持128(2^7)個(gè)設(shè)備。

一般為了使用方便，設(shè)備地址的最后幾位使用硬件設(shè)置，便于同一個(gè)系統(tǒng)中使用相同的器件。典型的就是立體聲揚(yáng)聲器功放。例如TFA9879設(shè)備地址為：