I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

I2C總線快速模式

快速模式器件可以在400kbit/s下接收和發(fā)送。最小要求是：它們可以和400kbit/s傳輸同步，可以延長(zhǎng)SCL信號(hào)的低電平周期來(lái)減慢傳輸?？焖倌Ｊ狡骷枷蛳录嫒?，可以和標(biāo)準(zhǔn)模式器件在0~100kbit/s的I2C總線系統(tǒng)通訊。但是，由于標(biāo)準(zhǔn)模式器件不向上兼容，所以不能在快速模式I2C總線系統(tǒng)中工作。快速模式I2C總線規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)模式相比有以下特征：

1、最大位速率增加到400kbit/s；

2、調(diào)整了串行數(shù)據(jù)（SDA）和串行時(shí)鐘（SCL）信號(hào)的時(shí)序；

3、快速模式器件的輸入有抑制毛刺的功能，SDA和SCL輸入有施密特觸發(fā)器；

4、快速模式器件的輸出緩沖器對(duì)SDA和SCL信號(hào)的下降沿有斜率控制功能；

5、如果快速模式器件的電源電壓被關(guān)斷，SDA和SCL的I/O管腳必須懸空，不能阻塞總線；

6、連接到總線的外部上拉器件必須調(diào)整以適應(yīng)快速模式I2C總線更短的最大允許上升時(shí)間。對(duì)于負(fù)載最大是200pF的總線，每條總線的上拉器件可以是一個(gè)電阻，對(duì)于負(fù)載在200pF~400pF之間的總線，上拉器件可以是一個(gè)電流源（最大值3mA）或者是一個(gè)開關(guān)電阻電路。

I2C總線高速模式

高速模式（Hs模式）器件對(duì)I2C總線的傳輸速度有巨大的突破。Hs模式器件可以在高達(dá)3.4Mbit/s的位速率下傳輸信息，而且保持完全向下兼容快速模式或標(biāo)準(zhǔn)模式（F/S模式）器件，它們可以在一個(gè)速度混合的總線系統(tǒng)中雙向通訊。

Hs模式傳輸除了不執(zhí)行仲裁和時(shí)鐘同步外，與F/S模式系統(tǒng)有相同的串行總線協(xié)議和數(shù)據(jù)格式。

高速模式下I2C總線規(guī)范如下：

1、Hs模式主機(jī)器件有一個(gè)SDAH信號(hào)的開漏輸出緩沖器和一個(gè)在SCLH輸出的開漏極下拉和電流源上拉電路。這個(gè)電流源電路縮短了SCLH信號(hào)的上升時(shí)間，任何時(shí)候在Hs模式，只有一個(gè)主機(jī)的電流源有效；

2、在多主機(jī)系統(tǒng)的Hs模式中，不執(zhí)行仲裁和時(shí)鐘同步，以加速位處理能力。仲裁過(guò)程一般在前面用F/S模式傳輸主機(jī)碼后結(jié)束；

3、Hs模式主機(jī)器件以高電平和低電平是1:2的比率產(chǎn)生一個(gè)串行時(shí)鐘信號(hào)。解除了建立和保持時(shí)間的時(shí)序要求；

4、可以選擇Hs模式器件有內(nèi)建的電橋。在Hs模式傳輸中，Hs模式器件的高速數(shù)據(jù)（SDAH）和高速串行時(shí)鐘（SCLH）線通過(guò)這個(gè)電橋與F/S模式器件的SDA和SCL線分隔開來(lái)。減輕了SDAH和SCLH線的電容負(fù)載，使上升和下降時(shí)間更快；

5、Hs模式從機(jī)器件與F/S從機(jī)器件的唯一差別是它們工作的速度。Hs模式從機(jī)在SCLH和SDAH輸出有開漏輸出的緩沖器。SCLH管腳可選的下拉晶體管可以用于拉長(zhǎng)SCLH信號(hào)的低電平，但只允許在Hs模式傳輸?shù)捻憫?yīng)位后進(jìn)行；

6、Hs模式器件的輸出可以抑制毛刺，而且SDAH和SCLH輸出有一個(gè)施密特觸發(fā)器；

7、Hs模式器件的輸出緩沖器對(duì)SDAH和SCLH信號(hào)的下降沿有斜率控制功能。

I2C總線特點(diǎn)可以概括如下：

(1)在硬件上，I2C總線只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時(shí)鐘線兩根線，總線接口已經(jīng)集成在芯片內(nèi)部，不需要特殊的接口電路，而且片上接口電路的濾波器可以濾去總線數(shù)據(jù)上的毛刺。因此I2C總線簡(jiǎn)化了硬件電路PCB布線，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。因?yàn)镮2C芯片除了這兩根線和少量中斷線，與系統(tǒng)再?zèng)]有連接的線，用戶常用IC可以很容易形成標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，便于重復(fù)利用。

(2)I2C總線是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，如果兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)同時(shí)初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以通過(guò)沖突檢測(cè)和仲裁防止數(shù)據(jù)破壞，每個(gè)連接到總線上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作為主機(jī)也可以作為從機(jī)，但同一時(shí)刻只允許有一個(gè)主機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸和地址設(shè)定由軟件設(shè)定，非常靈活。總線上的器件增加和刪除不影響其他器件正常工作。

(3)I2C總線可以通過(guò)外部連線進(jìn)行在線檢測(cè)，便于系統(tǒng)故障診斷和調(diào)試，故障可以立即被尋址，軟件也利于標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，縮短開發(fā)時(shí)間。

(4)連接到相同總線上的IC數(shù)量只受總線最大電容的限制，串行的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100Kbit/s，快速模式下可達(dá)400Kbit/s，高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s。

(5)總線具有極低的電流消耗，抗高噪聲干擾，增加總線驅(qū)動(dòng)器可以使總線電容擴(kuò)大10倍，傳輸距離達(dá)到15m；兼容不同電壓等級(jí)的器件，工作溫度范圍寬。