(完整word版)模拟I2C总线多主节点通信原理及实现方法.doc
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2022-10-24
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(完整 word 版)模拟 I2C 总线多主节点通信原理及实现方法
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摘要 介绍模拟 I2C 总线的多主节点通信原理，并提出一种新的实现方法。这种采用延时接收比较来实现仲裁的方法，可使
不具有 I2C 接口的普通微控制器（MCU）能够实现模拟 I2C 总线的多主通信，同时对 I2C 总线的推广起到了积极作用。
I2C 总线（Inter IC BUS）是 PHILIPS 公司推出的双向两线串行通信标准。由于它具有接口少、通信效率高等优点，现
已得到广泛的应用\[1~3\]。它除了可以进行简单的单主节点通信外，还可以应用在多主节点的通信系统中。在多主节点通
信系统中，如果两个或者更多的主节点同时启动数据传输，总线具有冲突检测和仲裁功能，保证通信正常进行并防止数据破
坏。现在许多微控制器（MCU）都具有 I2C 总线接口，能方便地进行 I2C 总线设计。对于没有 I2C 总线接口的 MCU，可以
采用两条 I/O 接口线进行模拟\[2，3\]。目前，一些介绍模拟 I2C 的资料主要讲的是在单主节点系统中进行的通信，这使得
模拟 I2C 总线的应用具有一定的局限性。本文根据总线仲裁的思想，提出一种多主节点通信的思想及实现流程。
1 I2C 总线系统简介[1~3]
I2C 总线系统是由 SCL（串行时钟）和 SDA（串行数据）两根总线构成的。该总线有严格的时序要求，总线工作时，由
串行时钟线 SCL 传送时钟脉冲，由串行数据线 SDA 传送数据。总线协议规定，各主节点进行通信时都要有起始、结束、发
送数据和应答信号。这些信号都是通信过程中的基本单元。总线传送的每 1 帧数据均是 1 个字节，每当发送完 1 个字节后，
接收节点就相应给一应答信号。协议规定，在启动总线后的第 1 个字节的高 7 位是对从节点的寻址地址，第 8 位为方向位
（“0”表示主节点对从节点的写操作；“1”表示主节点对从节点的读操作），其余的字节为操作数据。图 1 列出 I2C 总线
上几个基本信号的时序。
图 1 中包括起始信号、停止信号、应答信号、非应答信号以及传输数据“0”和数据“1”的时序。起始信号就是在 SCL
线为高时 SDA 线从高变化到低；停止信号就是在 SCL 线为高时 SDA 线从低变化到高；应答信号是在 SCL 为高时 SDA 为低；
非应答信号相反，是在 SCL 为高时 SDA 为高。传输数据“0”和数据“1”与发送应答位和非应答位时序图是相同的。
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