几种最常用的串行数据传输总线(2)-I2C

2018-11-07 15:16:36 来源:电路设计技能
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我第一次知道I2C总线是1995年,项目中用到电视机高频头(也叫调谐器、Tuner),能够方便买到的高频头要么是飞利浦(Philips)的,要么是日系厂商的,但日系厂商联系起来比较费劲。Tuner其实就是通过I2C总线送控制字来改变其本振频率(LO)选择你需要的频段,当时知道I2C的鼻祖就是飞利浦半导体(NXP-恩智浦半导体的前身),也是第一次使用MC34063这颗后来如同555一样扑街的开关稳压芯片,用来产生高频头所需要的12V DC。
 
典型的电视机调谐器,采用I2C来进行调谐
 
板子上的器件之间也需要Talk
器件和器件之间的也需要沟通信息,尤其是需要MCU/DSP等对其它外设进行控制的时候。工程界的大神们基于MCU/DSP开发了一系列的协议比如UART、USART、SPI、I2C、CAN等. . . .每种协议都有各自擅长的地方,也有其局限性,因此要做系统设计的硬件工程师就应该对每种接口协议有大概的认识(即便没有机会吃猪肉,也要知道各种猪是如何跑的),这样才能够帮助你在做方案选择的时候能够选用最合适的协议接口方式,这也是你需要阅读我写的文章的原因。
 
在同一个PCB板子上的不同器件之间进行通信最常用的有三种形式 - SPI、I2C和UART,上篇文章我们简单介绍了SPI,今天就来看看I2C,我们先看一下I2C最基本的一些特性,然后再跟其它的通信协议方式进行一下比较。 
 
两条通过上拉电阻吊在电源的线,上面可以挂多个器件进行通信
 
简约而不简单的I2C总线
I2C来自于英文inter–integrated circuit,有时也写为IIC,字面意思也可以理解为IC之间进行交流用的,跟SPI对比,I2C没有天生的主、从之分,也就是说挂在两根线(数据线SDA和时钟线SCL)上的所有器件都是生而平等的。这个协议最早由飞利浦半导体推出来,几年后Intel又弄了一个SMBus(系统管理总线)协议,其实基本跟I2C一模一样,算是其扩展吧,一丢丢的差别而已。 
 
I2C总线传输时序
 
有哲学家说 - 越是看起来简单的东西,背后处理的问题越复杂。I2C其实也是如此,虽然我们看到的是2根线能挂起一大串的器件,但就像一个没有了老师的课堂,没有一个好的管理机制一定会出现乱哄哄的局面,要让任何两个同学之间进行有序地交流,没有明确的协议是肯定会乱掉的。
 
最简单的情况就是在这个系统中有1主1仆,但如果有多个仆(从设备)呢?如果多个“从设备”不知道哪个是“主设备”呢?如果出现了多个“主设备”呢?如果一个“主设备”正由“从设备”获取数据,中途由于种种原因突然挂了怎么办呢?一个“从设备”正发着数据挂掉了怎么办呢?一个“主设备”获取了总线使用权用以数据的发送,在释放使用权之前崩溃了怎么办呢? 
 
这种看似非常简单的结构其实会遭遇各种可能
 
在实际的运行环境中会有各种意外导致系统出现问题,我们在学习使用I2C的时候一定要做到心中有数 - 简单的架构背后有着复杂的结构来保证这个协议的顺利执行,才能让其成为灵活、可扩展、鲁棒、极少管脚的串行通信方案。
 
示波器上捕捉到的I2C总线上的数据读取
 
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