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[高精度实验室] 接口 : (5) I2C 总线 > 5.1 TI Precision Labs - I2C: Hardware Overview
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大家好,欢迎观看高精度实验室
推出的 I²C硬件概述培训。
在本视频中,我们将讨论如何在硬件的
最基本层面实施协议。
我们将讨论一些用于实施 I²C 硬件的
关键设计参数。
内部 IC (I²C)接口创建于 1982 年,
旨在利用简单、稳健的低成本
协议在 IC 之间进行通信,同时
尽可能减少引脚数量。
随着外设部件的种类日益增多,
I²C 能够给系统设计人员带来的好处
显而易见,于是 I²C
接口迅速普及起来,
在作为一项标准公布之后,
很快得到了广泛应用。
很多器件都会使用
I²C 接口,因此系统设计人员可以创造无限可能,
唯一能够限制设计能力的只有他们
自身的创造力。
这里我们只列举几种可以使用的器件:
IO 扩展器、温度传感器、光传感器、存储器、
键盘扫描仪、压力传感器、湿度传感器、
ADC、DAC 以及I²C 协议中
使用的多种其他器件。
I²C 总线非常常用且强大,
用于在一个或多个主器件与
一个或多个从器件之间进行通信。
总线只包含两条线:
串行数据线 SDA
和串行时钟线 SCL。
SCL 和 SDA 都具有开漏或开路集电极
驱动器和输入缓冲器,支持
双向通信或数据传输。
正如此处所看到的,主器件拉低了总线,
因此在总线上生成了低电平信号。
随后,我们可以看到从器件拉低了总线,
然后生成了低电平信号。
这样,它就具备了双向性质。
本视频中稍后会介绍硬件方面的内容。
I²C 协议是8 位数据结构,这是
大多数微控制器和处理器中常用的
数据格式。
这样,主器件即可使用 7 位
或 10 位地址与从器件
进行通信。
8 位中的7 位表示地址。
最后一个位表示消息的
方向,高电平表示读取操作,
低电平表示写入
操作。
I²C 协议基于地址,
这意味着所有从器件都有一个唯一的地址。
此地址通常是在硬件中将
地址引脚连接到逻辑
高电平或低电平而确定的。
在本例中,我们会看到地址
引脚 A2、A1、A0 拉至接地。
这样,二进制的地址就是 1、1、1、0、0、0、0,
以十六进制表示为 70。
有些从器件没有地址引脚,
而是采用无法更改的静态内部地址。
让总线采用并联连接
是一种别出心裁且非常有用的做法,
原因在于器件非常简单,可以连接到总线上的任意位置。
此外,还可以随时连接这些版本的从器件。
I²C 总线具有多种运行模式。
每种模式都涵盖多个运行时钟频率
并具有多种用来约束协议的限制。
对每种模式最重要的要求是
最高时钟频率、最大总线电容
和最长上升时间,I²C 标准中定义了所有这些
要求。
三种最常用的运行模式包括
标准模式,运行频率介于 0 到 100 千赫兹之间,
最大总线电容为 400 皮法,
最长上升时间为 1000 纳秒;
快速模式,运行频率介于 0 到 400 千赫兹之间,
最大总线电容为 400 皮法,
最长上升时间为 300 纳秒;
以及超快速模式,运行频率
介于 0 到 1000 千赫兹之间,
最大总线电容为 550 皮法,最长上升时间为 120 纳秒。
再说一遍。
I²C 协议物理层
是一个简单的双线总线,利用开漏架构
实现双向通信,
而不像其他接口那样使用推挽或差分
驱动器。
主器件和从器件具有用于 SCL
和 SDA 的输入缓冲器,并可以具有用于
SCL 和 SDA 的开漏驱动器。
始终存在一个用于生成高电平的外部电路。
在大多数情况下,此操作由
上拉电阻器执行。
这表明主器件或从器件都可以
使用开漏驱动器在总线上拉低,
以生成 0 或低电平。
也就是说,会打开 N 通道,在某些情况下是
双极 NPM。
高电平完全取决于上拉电阻器。
必须注意的是,I²C 标准为每种
运行模式指定了最大总线总电容。
这包括总线上由于迹线而产生的
寄生电容,此电容是总线
及其回路接地的宽度、长度、电介质材料以及它们之间的
距离的一个函数。
总线中的每个器件也会导致总线的
电容增大。
I²C 标准为每种运行
模式限制了总线电容 C BUS 的
总量,此值定义了
最高时钟频率。
为了满足所使用
运行模式的时序要求,
我们需要保持在最长上升时间规格内。
SCL 和 SDA 的最长上升时间规格
由我们的上拉NC 总线所创建的
RC 时间常数控制,并被定义为从
VIL 过渡到 VIH 时花费的时间。
本视频到此结束。
谢谢观看。
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课程介绍
共计4课时,29分25秒
[高精度实验室] 接口 : (5) I2C 总线
Precision Labs I2C 总线 高精度实验室 TIPL
在本系列课程中,我们讨论 I2C 总线中的信号传输采用的协议。讨论漏极开路信号的概念,以及上拉电阻和负载电容对信号时钟的影响。
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