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- 1 -

总线规范

序言

........................................................................................................................ 3

1.1 版本 1.0-1992 .................................................................................................................... 3

1.2 版本 2.0-1998 .................................................................................................................... 3

1.3 版本 2.1-2000 .................................................................................................................... 3

1.4 购买 Philips 的 I

C 总线元件 .............................................................................................. 3

总线使设计人员和厂商都得益

.......................................................................... 3

2.1 设计人员的得益 ................................................................................................................. 4

2.2 厂商的得益......................................................................................................................... 5

介绍

总线规范

................................................................................................... 6

总线的概念

....................................................................................................... 6

总体特征

................................................................................................................. 7

位传输

..................................................................................................................... 7

6.1 数据的有效性 ..................................................................................................................... 7

6.2 起始和停止条件 ................................................................................................................. 8

传输数据

................................................................................................................. 9

7.1 字节格式 ............................................................................................................................ 9

7.2 响应 ................................................................................................................................... 9

仲裁和时钟发生

.................................................................................................... 10

8.1 同步 ................................................................................................................................. 10

8.2 仲裁 ................................................................................................................................. 10

8.3 用时钟同步机制作为握手 ..................................................................................................11

位的地址格式

..................................................................................................... 12

位寻址

.............................................................................................................. 13

10.1 第一个字节的位定义 ...................................................................................................... 13

10.1.1 广播呼叫地址....................................................................................................... 14

10.1.2 起始字节.............................................................................................................. 15

10.1.3 CBUS 的兼容性 ................................................................................................... 16

标准模式

总线规范的扩展

............................................................................. 16

快速模式

............................................................................................................. 17

模式

............................................................................................................... 17

13.1 高速传输 ........................................................................................................................ 17

13.2 Hs 模式的串行数据传输格式.......................................................................................... 19

13.3 从 F/S 模式切换到 Hs 模式以及返回 .............................................................................. 20

13.4 低速模式中的快速模式器件............................................................................................ 21

13.5 串行总线系统的混合速度模式........................................................................................ 21

13.5.1 在混合速度总线系统中的 F/S 模式传输 ............................................................... 22

13.5.2 在混合速度总线系统中的 Hs 模式传输................................................................. 22

13.5.3 混合速度总线系统中电桥的时序要求 ................................................................... 24

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- 2 -

14 10

位寻址

............................................................................................................ 24

14.1 头两个字节位的定义 ...................................................................................................... 24

14.2 10 位寻址的格式 ............................................................................................................ 24

14.3 广播呼叫地址和 10 位寻址的起始字节 ........................................................................... 26

I/O

级和总线线路的电气规范和时序

................................................................... 26

15.1 标准和快速模式器件 ...................................................................................................... 26

15.2 Hs 模式器件................................................................................................................... 28

总线器件到总线线路的电气连接

................................................................... 30

16.1 标准模式 I

C 总线器件电阻 R

和 R

的最大和最小值 .................................................... 31

应用信息

............................................................................................................. 33

17.1 快速模式 I

C 总线器件的斜率控制输出级....................................................................... 33

17.2 快速模式 I

C 总线器件的开关上拉电路 .......................................................................... 34

17.3 总线线路的配线方式 ...................................................................................................... 34

17.4 快速模式 I

C 总线器件电阻 R

和 R

的最大和最小值 .................................................... 35

17.5 Hs 模式 I

C 总线器件的电阻 R

和 R

的最大和最小值................................................... 35

F/S

模式

总线系统的双向电平转换器

........................................................... 35

18.1 连接逻辑电平不同的器件 ............................................................................................... 36

18.1.1 电平转换器的操作................................................................................................ 36

Philips

提供的开发工具

...................................................................................... 37

支持的文献

......................................................................................................... 37

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序言

1.1

版本

1.0-1992

1992 I

C 总线规范的这个版本有以下的修正

• 删除了用软件编程从机地址的内容

因为实现这个功能相当复杂而且不被使用

• 删除了

低速模式实际上这个模式是整个 I

C 总线规范的子集不需要明确地详细说明

• 增加了快速模式

它将位速率增加 4 倍到达 400kbit/s 快速模式器件都向下兼容即它们可以在

0~100kbit/s 的 I

C 总线系统中使用

• 增加了 10 位寻址

允许 1024 个额外的从机地址

• 快速模式器件的斜率控制和输入滤波改善了 EMC 性能

注意

100kbit/s 的 I

C 总线系统或 100kbit/s 器件都没有改变

1.2

版本

2.0-1998

C 总线实际上已经成为一个国际标准在超过 100 种不同的 IC 上实现而且得到超过 50 家公司的许

可

但是现在的很多应用要求总线速度更高电源电压更低这个更新版的 I

C 总线规范满足这些要求

而且有以下的修正

• 增加了高速模式

Hs 模式它将位速率增加到 3.4Mbit/s Hs 模式的器件可以和 I

C 总线系统

中快速和标准模式器件混合使用

位速率从 0~3.4Mbit/s

• 电源电压是 2V 或更低的器件的低输出电平和滞后被调整到符合噪声容限的要求

而且保持和电

源电压更高的器件兼容

• 快速模式输出级的 0.6V 6mA 要求被删除

• 新器件的固定输入电平被总线电压相关的电平代替

• 增加了双向电平转换器的应用信息

1.3

版本

2.1-2000

C 总线规范的 V2.1 版有以下微小的修改

• 在 Hs 模式的重复起始条件后

可以延长时钟信号 SCLH 见 13.2 节的图 22 25 和 32

• Hs 模式中的一些时序参数变得更随意

见表 6 和表 7

1.4

购买

Philips

的

总线元件

购买 Philips 的 I

C 元件同时传递了一个在 Philips 的 I

C 专利下在 I

C 系统使用元件使系统符合由

Philips 定义的 I

C 规范的许可证

2 I

总线使设计人员和厂商都得益

在消费者电子电讯和工业电子中看上去不相关的设计里经常有很多相似的地方例如几乎每个系

统都包括

• 一些智能控制

通常是一个单片的微控制器

• 通用电路

例如 LCD 驱动器远程 I/O 口 RAM EEPROM 或数据转换器

• 面向应用的电路

譬如收音机和视频系统的数字调谐和信号处理电路或者是音频拨号电话的

DTMF 发生器

为了使这些相似之处对系统设计者和器件厂商都得益

而且使硬件效益最大电路最简单 Philips 开发

了一个简单的双向两线总线

实现有效的 IC 之间控制这个总线就称为 Inter IC 或 I

C 总线现在 Philips

包括超过 150 种 CMOS 和双极性兼容 I

C 总线的 IC 可以执行前面提到的三种类型的功能所有符合 I

总线的器件组合了一个片上接口

使器件之间直接通过 I

C 总线通讯这个设计概念解决了很多在设计数

字控制电路时遇到的接口问题

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- 4 -

下面是 I

C 总线的一些特征

• 只要求两条总线线路

一条串行数据线 SDA 一条串行时钟线 SCL

• 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机

从机关系软件设定地

址

主机可以作为主机发送器或主机接收器

• 它是一个真正的多主机总线

如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁

防止数据被破坏

• 串行的 8 位双向数据传输位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

• 片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波

保证数据完整

• 连接到相同总线的 IC 数量只受到总线的最大电容 400pF 限制

图 1 是两个 I

C 总线应用的例子

2.1

设计人员的得益

符合 I

C 总线的 IC 允许系统设计快速向前推进直接从功能结构图到原型此外由于它们直接剪

贴

到 I

C 总线没有任何额外的外部接口所以允许简单地通过从或者向总线剪贴或不剪贴 IC

来修改或升级原型系统

符合 I

C 总线的 IC 还有一些功能特别吸引设计人员

• 结构图的功能模块与实际的 IC 对应

设计快速从结构图向最后的原理图推进

• 不需要设计总线接口

因为 I

C 总线接口已经集成在片上

• 集成的寻址和数据传输协议允许系统完全由软件定义

• 相同类型的 IC 经常用于很多不同的应用

• 由于设计人员快速熟悉了用兼容 I

C 总线的 IC 表示经常使用的功能模块使设计时间减少

• 在系统中增加或删除 IC 不会影响总线的其他电路

• 故障诊断和调试都很简单

故障可被立即寻迹

• 通过聚集一个可再使用的软件模块的库减少软件开发时间

除了这些优点外

符合 I

C 总线的 CMOS IC 还向设计者在特别吸引的可移植装置和电池供电系统方

面提供了特殊的功能

它们都有

• 极低的电流消耗

• 抗高噪声干扰

• 电源电压范围宽

• 工作的温度范围广

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