I2C总线协议及其应用

SDA线上的数据在时钟“高”期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号为低时，数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。输出到SDA线上的每个字节必须是8位，每次传输的字节不受限制，每个字节必须有一个应答为ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一内部中断）前不能接收另一数据的完整字节时，它可以保持时钟线SCL为低，以促使发送器进入等待状态，当接收器械准备好接受数据的其它字节并释放时钟SCL后，数据传输继续进行。I2C数据总线传送时序如图4。

图4:总线据传送顺序

数据传送具有应答是必须的。与应答对应的时钟脉冲由主控器产生，发送器在应答期间必须下拉SDA线。当寻址的被控器件不能应答时，数据保持为高，接着主控器产生停止条件终止传输。在传输的过程中，当用到主控接收器的情况下，主控接收器必须发出一数据结束信号给被控发送器，被控发送器必须释放数据线，以允许主控器产生停止条件。合法的数据传输格式如下：

I2C总线在开始条件后的首字节决定哪个被控器将被主控器选择，例外的是“通用访问”地址，它可以寻址所有期间。当主控器输出一地址时，系统中的每一器件都将开始条件后的前七位地址和自己地址比较。如果相同，该器件认为自己被主控器寻址，而作为被控接收器或被控发送器则取决于R/W位。
二、I2C总线的应用
I2C总线是各种总线中使用信号线最少，并具有自动寻址，多主机时钟同步和仲裁等功能很强的总线。因此，使用I2C设计计算机系统十分方便、灵活、体积也小，在各类实际应用中得到广泛应用。下面举两个应用示例。 1. 伺服控制系统用I2C扩展LCD显示
图5是一个伺服系统的结构图。用8XC752单片机的PWM输出经放大后驱动电机，电机的转速有测速机测取并直接送到8XC752片内A/D电路。处理后的有关信息经I2C总线送到LCD驱动芯片PCF8577以驱动六十四段LCD显示板。

图5:伺服系统结构框图

2. 通用I/O端口作为I2C总线接口
目前，51、96系列的单片机应用很广，但是它们都没有I2C总线接口，限制了在这些系统中使用具有I2C总线接口的器件。但通过对I2C总线时序的分析知道可以用51单片机的两根I/O线来实现I2C总线的功能。I2C总线规定SCL线和SDA线是各设备对应输出状态相“与”的结果，任一设备都可以用输出低电平的方法延长SCL低电平时间，迫使高速设备进入等待状态，实现不同速度设备间的时钟同步。因此，即使时钟脉冲的高、低电平时间长短不一，也能实现数据的可靠传送，可以用软件控制I/O口做I2C接口。下面就是用GMS97C2051DE的通用I/O口作为I2C总线接口由软件控制实现数据传送的例子，图6为其连线图。

图6:GMS97C2051 扩展EEPROM接线图