i2c如何释放总线,I2C总线如何测试?

1.1 I2C总线知识

1.1.1 I2C总线物理拓扑结构

I2C总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。

通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的

传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。

1.1.2 I2C总线特征

I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址

(可以从I2C器件的数据手册得知)，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常

的应用中，我们把CPU带I2C总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。

I2C总线上可挂接的设备数量受总线的最大电容400pF 限制，如果所挂接的是相同型号的器件，

则还受器件地址位的限制。

I2C总线数据传输速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下

可达3.4Mbit/s。一般通过I2C总线接口可编程时钟来实现传输速率的调整，同时也跟所接的上拉电阻

的阻值有关。

I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。

1.1.3 I2C总线协议

I2C协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输

的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生。总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，

当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；当SCL为高而SDA由低到高的跳变，

表示产生一个停止条件。在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，

其他I2C器件无法访问总线；而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次

处于空闲状态。如图所示：

在了解起始条件和停止条件后，我们再来看看在这个过程中数据的传输是如何进行的。前面

我们已经提到过，数据传输以字节为单位。主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA

线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，

回传给主设备一个应答位，此时才认为一个字节真正的被传输完成。当然，并不是所有的字节传输都

必须有一个应答位，比如：当从设备不能再接收主设备发送的数据时，从设备将回传一个否定应答位。

数据传输的过程如图所示：

在前面我们还提到过，I2C总线上的每一个设备都对应一个唯一的地址，主从设备之间的数据传输

是建立在地址的基础上，也就是说，主设备在传输有效数据之前要先指定从设备的地址，地址指定的

过程和上面数据传输的过程一样，只不过大多数从设备的地址是7位的，然后协议规定再给地址添加

一个最低位用来表示接下来数据传输的方向，0表示主设备向从设备写数据，1表示主设

读数据。如图所示：

图所示：

1.1.4 I2C总线操作

对I2C总线的操作实际就是主从设备之间的读写操作。大致可分为以

第一，主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

第二，主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：

从设备中读数据。数据传输格式如下：

第三，主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；

或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。

数据传输格式如下：

第三种操作在单个主设备系统中，重复的开启起始条件机制要比用STOP终止传输后

又再次开启总线更有效率。

1.2 I2C总线硬件接口电路示例

1.2.1 I2C总线硬件接口电路示例一

这个电路是基于LPC2368 ARM7芯片进行设计的，使用其内部的I2C接口作为主设备，

使用ADT75和SC16IS740作为两个从设备的I2C总线应用。

ADT75是一个带I2C接口的温度传感器器件，数据手册上对其地址的描述如下：

由此，其地址跟A0、A1、A2引脚的接法有关，我们这里的实例是将A0、A1、A2全部接到高电平上，

因此其地址是：1001111(即0x4F)，又因根据协议再给地址添加一个最低位(方向位，默认给写方向)，

因此最后这个温度传感器作为从设备的地址是：10011110(即0x9E)。