• IIC总线协议基础1



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    IIC总线协议基础1

    当前版本号

    V0.2

    作    者

    Louis

    完毕时间

    2015-05-27

    IIC总线协议基础1

    IIC总线协议基础1. 1

    1.            IIC时序基础知识... 2

    1.1        信号线... 2

    1.2        開始和结束条件... 2

    1.3        数据保持时间... 2

    1.4        应答ACK和非应答NACK. 3

    1.4.1         应答 ACK. 3

    1.4.2         非应答 NO ACK. 4

    1.4.3         注意事项... 4

    1.5        反复開始【Repeat start】... 5

    1.6        写入周期【write cycle】... 5

    1.7        数据传送完整周期... 6

    2.            IIC设备... 6

    2.1        设备操作... 6

    2.1.1         时钟和数据发送... 6

    2.1.2         開始条件... 7

    2.1.3         结束条件... 7

    2.1.4         应答(ACK)... 7

    2.1.5         待机模式... 8

    2.1.6         软件复位IIC. 8

    2.2        设备地址... 8

    2.3        写操作... 9

    2.3.1         写Byte字节... 9

    2.3.2         写PAGE页... 9

    2.3.3         轮询应答(ACK POLLING)... 10

    2.4        读操作... 10

    2.4.1         当前地址读... 10

    2.4.2         随机地址读... 11

    2.4.3         连续地址读... 11

    3.            參考文献... 12

    1.IIC时序基础知识

    1.1       信号线

    SDA:双向数据线引脚,用来传输串行数据。引脚一般为开漏结构,能够和其它的开漏极或开集电极进行“线与”。【不同手冊上看到有“线或”的说法,应该不正确】

    SCL:时钟输入引脚。【有些资料说是在SCL的上升沿才干将数据写入AT24C02中。在SCL的下降沿才干从 AT24C02 中读出数据,这是不对的。实际測试:在SCL的下降沿后再从SDA总线上去读取数据。数据有误。】

    1.2       開始和结束条件

    開始时序:在SCL高电平时SDA出现一个下降沿。

    结束时序:在SCL高电平时SDA出现一个上升沿;

     

    1.3       数据保持时间

    数据SDL变化必须在SCL低电平的时候变化。而且在SCL高电平时保持不变,否则会被误觉得是命令(開始/结束)条件。

    1.4       应答ACK和非应答NACK

    SCL一直由Master控制,SDA按照数据传送的方向,读数据时由Slave控制SDA。写数据时由Master控制SDA。当8位数据传送完成之后,应答位ACK或者非应答位NACK的SDA控制权与数据位传送时相反。

    写数据的时候,Master每发送完8个数据位,Slave设备假设还有空间接受下一个字节应该回答“ACK”,Slave设备假设没有空间接受很多其它的字节应该回答“NACK”,Master当收到“NACK”或者一定时间之后没收到不论什么数据将视为超时,此时Master放弃数据传送。发送“Stop”。

    读数据的时候,Slave设备每发送完8个数据位。假设Master希望继续读下一个字节,Master应该回答“ACK”以提示Slave准备下一个数据。假设Master不希望读取很多其它字节,Master应该回答“NACK”以提示Slave设备准备接收Stop信号。

    MASTER 指主控制端,在一般系统中就是我们常说的单片机了。

    SLAVE是指具备I2C协议的专用IC,比方24C16、14C32等。

    1.4.1应答 ACK

    在数据发送器发送完8个位数据后。就会把SDA释放(拉高,由于IIC外部上拉)。设备在接收完成8个位后,在第9个时钟SCL,设备将SDA拉低,产生应答ACK,来告诉数据发送器收到数据了。

    当发送器检測到SDA被拉低。就知道设备接收器接收完成数据了。

     

    1.4.2非应答 NO ACK

    非应答(NACK)一般发生在主机读取数据时,当主机要结束读取数据时,就会发出非应答NACK。

    假设slave方是硬件i2c要求一定要标准的NACK,master方是GPIO软件模拟i2c若没有正确的发送NACK,就会出现“slave收不到stop”导致i2c挂死。

    1.4.3注意事项

    MASTER向SLAVE发送数据

    MASTER每次向SLAVE端发送8位数据后,就会将SDA置1,等待SLAVE端的确认。SLAVE端假设正确接受到数据,就会自己主动将SDA置0。程序能做的仅仅是检測确认信号,即每发送完8位数据后就检測一次SDA的状态,假设是0,则让程序继续往下运行。假设是1则强迫MASTER将刚才的8位数据再发送一遍;当然。假设SDA一直是1。也就是SLAVE一直未能正确接受到数据,也不能一直让MASTER重复发送,要做TIMEOUT处理,以防系统死机。

    MASTER从SLAVE读取数据:

    MASTER从SLAVE端读取数据,情况与发送数据有所差别,在读到最后8位数据时。要SDA1,也就是做NACK动作,让系统知道读取数据到此结束。这个置1动作由程序来做,由于数据读到哪里结束,仅仅有程序猿知道。

    IIC传输数据方式

        NOTEIICMSB FIRST传送的

    1.5       反复開始【Repeat start

    即在发送完一个字节后(開始+8数据+ACK),没有发送STOP的情况下。继续下一次START(就是指repeatstart)。这个须要注意的是在第9个时钟之后和REPEAT START之间SDA要有一定的延时Tbuf(一般有个最小值)。

     


    1.6       写入周期【write cycle

    内部写入周期器件,STOP和下一次的START之间须要有个延时Twr。保证设备写好数据。

    一般手冊给出一个Twr最大值。

    注意:英文资料里要求24c02内部写数据最大时间为10ms,也就是说在软件设计时。应该把2次写记忆时间间隔控制在大于Twr时间即间隔大于10ms,这样就不会有问题了,不同的芯片Twr时间相差非常大,一般以參考手冊为准。

    1.7       数据传送完整周期

    NOTEIICMSB FIRST传送的

     


    2.IIC设备

    (以AT24C02器件为对象来介绍)

    2.1      设备操作

    2.1.1时钟和数据发送

    SDA引脚通常由外部设备上拉。

    SDA上的数据仅仅有在SCL是low的时候才干够变化。假设SDA上的数据在SCL的high期间内变化,那么将会被觉得是開始/结束条件。

     

    2.1.2開始条件

    在SCL的high期间。SDA从high-到-low变化。就会触发一个開始条件。

    这个条件必须在其它不论什么指令開始之前发出的。

    2.1.3结束条件

    在SCL的high期间,SDA从low-到-high变化。就会触发一个结束条件。在读时序之后,收到一个停止条件,将会使EEPROM进入待机模式。

     

    2.1.4应答(ACK

    全部的数据和地址信息都是通过8-bit的形式进行来回传输的。

    EEPROM将发送一个0来应答。表示它已经接收到每一个字节了。

    这个时刻发生在第9个SCL。

     

    2.1.5待机模式

    AT24C02有待机模式的特性,例如以下形式将进入待机模式:

    (1)      上电后;

    (2)      接收到STOP。或者完毕了内部全部操作后;

    2.1.6 软件复位IIC

    在协议中断,掉电或者系统复位后,能够通过例如以下步骤进行复位:

    (1)      发送一个START条件;

    (2)      发送9个时钟;

    (3)      再发送一个START条件,并紧跟着一个STOP条件。

    2.2      设备地址

    2K EEPROM设备须要在一个START条件后面,跟上一个8-bit的设备地址使能芯片读、写功能。

     

    设备地址的高4位由固定的1和0组成。通常在EEPROM设备中的高四位地址都是一样的。【不知道为什么???

    紧接着3位是2K EEPROM的A2、A1、A0设备地址位。这三位是用来区分EEPROM设备的,须要和硬件地址相等。

    最后,第8位是设备地址的READ/WRITE读/写位。此位置1表示读操作,此为置0为写操作。

    当设备地址对照之后,EEPROM将会反馈输出一个0.假如比較结果不正确。那么芯片(EEPROM)将进入待机状态。


    1010 111 R/W

    1010 000 R/W

    2.3      写操作

    AT24C02设备地址的高4位由固定的1和0组成。

    接着3位是EEPROM的设备地址位A2、A1、A0。

    第8位是设备地址的READ/WRITE读/写位。此位置1表示读操作,此为置0为写操作。

    2.3.1写Byte字节

    写操作须要发送设备地址,并尾随一个8-bit位数据地址和ACK。在接收到地址后。EEPROM将再次响应输出0。然后进入第一个8-bit数据的时钟。接收到8-bit数据后,EEPROM将输出一个0,寻址设备(主设备)必须发送一个STOP条件结束写操作。这样EEPROM就进入内部写入阶段(internally timed write cycle .[twr]),避免外部对memory进行操作。

    在这个阶段,全部输入无效,而且EEPROM不会有不论什么响应,直到内部写完成。

     

    2.3.2写PAGE

    这个2K的EEPROM可以进行8-byte页写入。

    Page写入和byte写入的初始化是一样的。仅仅是控制器在发送完第一个数据后。不发送STOP条件。

    而是在第一个数据的ACK后,连续在发送后面的7个数据字节。EEPROM将在接收到每一个数据字节后,均会产生一个ACK来响应(控制器)。发送完8个字节后,控制器必须发送一个STOP条件来结束PAGE写入。

    数据地址的低3位bit在接收到每一个数据后,都会自己主动添加。

    数据地址的高5位bit数据不添加,保持在当前页【row location】。

    假设写入数据的地址,自己主动添加达到了PAGE边缘,那么接下去的字节将会从本页从头開始覆盖存储(“roll over”)。就是所假设在写入页的数据大于8byte(8-byte容量的page)。那么多于的数据将会从本页从头写入,并覆盖掉先前的数据。所以在写入数据大于PAGE容量时。在写完一个PAGE。就须要STOP,然后又一次開始。并写入下一页的地址,在開始写入数据。

    2.3.3轮询应答(ACKPOLLING

        一旦进入内部写周期。将开启轮询应答,外部对EEPROM的输入将失效。此时假设发送一个START条件,和设备地址给EEPROM,仅仅有当内部写周期完毕后,EEPROM设备才会产生应答ACK。

    2.4      读操作

        有三种读操作:读取当前地址数据,随机地址读取,连续地址读取。

    2.4.1当前地址读

    仅仅要芯片电源没有掉电,在进行上一次A地址的读写操作之后,(A+1)地址就会一直有效。在读取数据中出现的“roll over”。指的是从最后一页的最后一个字节,跳到第一页的第一个字节。【和写时候出现的“roll over”是不一样的】

        一旦在发送设备地址时。write/read位被设为1。并得到EEPROM应答ACK。那么当前地址(就是前文中的【A+1】地址)的数据就会被输出。控制器接收到数据后。不产生应答ACK【即产生非应答(NACK)】,而是在后面产生一个STOP条件

    【非应答:当控制器想结束訪问数据后。就将SDA拉高。结束读取数据。但记得在NACK后要尾随一个STOP】。

    2.4.2随机地址读

        随机读取数据,须要一个“dummy”操作,即:发送设备地址+写操作(得到EEPROM应答ACK),并尾随发送须要訪问数据的地址。当这个动得到EEPROM的应答ACK,控制器必须再次产生一个START条件,接着发送设备地址+读操作,在得到EEPROM应答ACK后,EEPROM接着就会发送出控制器要訪问数据的地址。控制器接收到数据后。不产生应答ACK【即产生非应答(NACK)】,而是在后面产生一个STOP条件。

     

    能够看出“随机地址读”比“当前地址读”多了一个“伪写入”动作:

    2.4.3 连续地址读

    连续读取初始化,能够通过“当前地址读取”或者“随机地址读取”操作来启动。仅仅是在控制器接收到以第一字节后,控制器须要产生一个应答ACK给EEPROM。EEPROM一旦收到ACK。EEPROM就会继续将数据地址+1。发送数据。

    当EEPROM的memory地址到达极限后。数据地址将会“roll over”,同一时候会继续读取数据。当控制器要终止连续读操作,控制器不产生应答ACK【即产生非应答(NACK)】,而是在后面产生一个STOP条件。

     

    注意:

    当控制器要终止连续读操作。直接给停止信号也是能够结束此次读操作,可是会对后面的操作带来影响。非应答信号在须要的时候必须给。

    3.參考文献

    [1] Atmel AT24C02B datasheet

    [2] NXP Semiconductors UM10204 datasheet

    [3] http://blog.csdn.net/bmbm546/article/details/8833956

    [4] http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/8237881

    [5] http://www.52rd.com/bbs/Archive_Thread.asp?SID=196579&TID=3

    [6]http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f103c9c0100ly0r.html

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