I2C總線之(2)----時序

一、協議 


1.空閒狀態 


 I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號線同時處於高電平時,規定爲總線的空閒狀態。此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態,即釋放總線,由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。 


2.起始位與停止位的定義: 

  • 起始信號:當SCL爲高期間,SDA由高到低的跳變;啓動信號是一種電平跳變時序信號,而不是一個電平信號。
  • 停止信號:當SCL爲高期間,SDA由低到高的跳變;停止信號也是一種電平跳變時序信號,而不是一個電平信號。

3.ACK

  發送器每發送一個字節,就在時鐘脈衝9期間釋放數據線,由接收器反饋一個應答信號。 應答信號爲低電平時,規定爲有效應答位(ACK簡稱應答位),表示接收器已經成功地接收了該字節;應答信號爲高電平時,規定爲非應答位(NACK),一般表示接收器接收該字節沒有成功。 對於反饋有效應答位ACK的要求是,接收器在第9個時鐘脈衝之前的低電平期間將SDA線拉低,並且確保在該時鐘的高電平期間爲穩定的低電平。 如果接收器是主控器,則在它收到最後一個字節後,發送一個NACK信號,以通知被控發送器結束數據發送,並釋放SDA線,以便主控接收器發送一個停止信號P。

   如下圖邏輯分析儀的採樣結果:釋放總線後,如果沒有應答信號,sda應該一直持續爲高電平,但是如圖中藍色虛線部分所示,它被拉低爲低電平,證明收到了應答信號。

這裏面給我們的兩個信息是:1)接收器在SCL的上升沿到來之前的低電平期間拉低SDA;2)應答信號一直保持到SCL的下降沿結束;正如前文紅色標識所指出的那樣。

 

4.數據的有效性: 

 

I2C總線進行數據傳送時,時鐘信號爲高電平期間,數據線上的數據必須保持穩定,只有在時鐘線上的信號爲低電平期間,數據線上的高電平或低電平狀態才允許變化。 

我的理解:雖然只要求在高電平期間保持穩定,但是要有一個提前量,也就是數據在SCL的上升沿到來之前就需準備好,因爲在前面I2C總線之(一)---概述一文中已經指出,數據是在SCL的上升沿打入到器件(EEPROM)中的。

   

5.數據的傳送:

 

  在I2C總線上傳送的每一位數據都有一個時鐘脈衝相對應(或同步控制),即在SCL串行時鐘的配合下,在SDA上逐位地串行傳送每一位數據。數據位的傳輸是邊沿觸發。

 二、工作過程

  總線上的所有通信都是由主控器引發的。在一次通信中,主控器與被控器總是在扮演着兩種不同的角色。

1.主設備向從設備發送數據

  主設備發送起始位,這會通知總線上的所有設備傳輸開始了,接下來主機發送設備地址,與這一地址匹配的slave將繼續這一傳輸過程,而其它slave將會忽略接下來的傳輸並等待下一次傳輸的開始。主設備尋址到從設備後,發送它所要讀取或寫入的從設備的內部寄存器地址; 之後,發送數據。數據發送完畢後,發送停止位:

寫入過程如下:

  發送起始位

  • 發送從設備的地址和讀/寫選擇位;釋放總線,等到EEPROM拉低總線進行應答;如果EEPROM接收成功,則進行應答;若沒有握手成功或者發送的數據錯誤時EEPROM不產生應答,此時要求重發或者終止。
  • 發送想要寫入的內部寄存器地址;EEPROM對其發出應答;
  • 發送數據
  • 發送停止位.
  • EEPROM收到停止信號後,進入到一個內部的寫入週期,大概需要10ms,此間任何操作都不會被EEPROM響應;(因此以這種方式的兩次寫入之間要插入一個延時,否則會導致失敗,博主曾在這裏小坑了一下)

   

  詳細:

  需要說明的是:①主控器通過發送地址碼與對應的被控器建立了通信關係,而掛接在總線上的其它被控器雖然同時也收到了地址碼,但因爲與其自身的地址不相符合,因此提前退出與主控器的通信;

 

2.主控器讀取數據的過程:

  讀的過程比較複雜,在從slave讀出數據前,你必須先要告訴它哪個內部寄存器是你想要讀取的,因此必須先對其進行寫入(dummy write):

  • 發送起始位;
  • 發送slave地址+write bit set;
  • 發送內部寄存器地址;
  • 重新發送起始位,即restart;
  • 重新發送slave地址+read bit set;
  • 讀取數據
    主機接收器在接收到最後一個字節後,也不會發出ACK信號。於是,從機發送器釋放SDA線,以允許主機發出P信號結束傳輸。 
  • 發送停止位   
詳細: 
  
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