图2.7I2C总线的一次完整的数据传送
按照总线规定，起始信号表明一次数据传输的开始，其后为寻址字节，寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成，方向位表明主控器和被控器数据传送方向，方向位为”0”时表明主控器对被控器的写操作，为”1” 时表明主控器对被控器的读操作.在寻址字节后是按照指定读、写操作的数据字节与应答位。在数据传送完成后主控器都必须发送停止信号。 总线上的数据传输有许多读、写组合方式。下面已简化的图解方式介绍三类数据传送格式。
1.主控器的写操作。主控器向被寻址的被控器发送n 个数据字节，整个传输过程中数据传送方向不变。其数据传送格式如下： S SLAW A Data1 A Data2 A Datan-1 A
其中 ：主控器发送，被控器接收 ：主控器接收，被控器发送 A：应答信号 A：非应答信号 S：起始信号 P：停止信号
SLAW：寻址字节（写）
Data1～datan:写入被控器的n个数据字节
2.主控器的读操作。主控器从被控器中读出n个字节的操作，整个传输过程中除寻址字节外，都是被控器发送，主控器接收的过程。数据传送的格式如下： S SLAW A Data1 A Data2 A Datan-1 A
其中SLAR：寻址字节（读）
Data1～datan:被主控器读出的n个字节
主控器发送停止信号前应发送非应答位，向被控器表明读操作结束。
3.主控器的读写操作。在一次数据传输过程中需要改变传送方向的操作，这时，起始信号和寻址字节都会重复一次，但两次读写方向正好相反.数据传送格式如下： S SLAW/R A Data1 A Data2 A Datan
DATA1 A DATA2 A …DATAN
其中 Sr:重复起始信号；
图中未表注数据字节的传输方向，其方向决定于寻址字节的方向位。
A/A P A/A Sr SLAR/W A Datan A P Datan A/A P 从上述数据传送格式可以看出：
无论何种方式起始、停止，寻址字节都由主控器发送，数据字节的传送方向则遵循寻址字节中方向位的规定，
寻址字节只表明器件地址及传送方向，器件内部的n个数据地址由器件设计者在该器件的IC 总线数据操作格式中指定第一个数据字节作为器件内的单元地址数据。并且设置地址自动加减功能。 每个字节传送都必须有应答信号相随。
IC 总线被控器在接收到起始信号后都必须复位它们的总线逻辑，以便对将要开始的被控器地址的传送进行预处理。 2.2.4 I2C总线的寻址约定
为了消除I2C总线系统中主控器与被控器的地址选择线,最大限度地简化总线连接线,I2C总线采用了独特的寻址约定,规定了起始信号后的第一个字节为寻址字节,用来寻址被控器件,并规定数据传送方向。 一、寻址字节的位定义
在I2C总线系统中,寻址字节由被控器的七位地址位(它占据了D7~D1位)和一位方向位(为D0位)组成.方向位为0时 表示主控器将数据写入被控器,为1时表示主控器从被控器读取数据.
主控器发送起始信号后,立即发送寻址字节,这时,总线上的所有器件都将寻址字节中的7位地址与自己器件地址想比较. 如果两者相同,则该器件认为被主控器寻址,并根据读,写为确定是被控发送器或被控接收器.
I2C总线系统中,主器件(单片机)作为被控器时,其7为从地址在I2C总线地址寄存器中给定,为纯软件地址.而非单片机类型的外围
器件地址完全由器件类型与引脚电平给定,即器件的7位地址由器件编号地址(高4位D7~D4)和引脚地址(低3位D3~D1)组成,如8位I/O
扩展器件PCF8574其器件编号地址为0111,引脚地址为A2,A1,A0.如果在I2C总线系统中PCF8574地址引脚A2,A1,A0皆接地,则该器件的
寻址字节为SLAW=70H,SLAR=71H.I2C总线上同一地址器件最大允许接入数量取决于可利用的地址引脚数. 二、寻址字节中的特殊地址
I2C总线地址统一由I2C总线委员会实行分配.其中两组编号地址0000和1111已被保留作特殊用途,如表2.2所示.I2C总线规约所给出
的这些能与其它规约混合使用,只有那些能够一这种格式和规约工作的I2C总线兼容器才允许对这些保留地址进行应答. 表2.2I2C 总线中的特殊字节
被控器地址 0000 000 0000 000 0000 001 0000 010 读/写 0 1 X X 用途 通用调用地址 起始字节 CBUS地址 为不同总线格式而保留的地址 0000 011 0000 1XX 1111 1XX 1111 0XX 1.广播地址
广播地址用于访问I2C总线上所有器件.但是,如果某个器件不需要主控器发送的广播数据时,则可以不对广播地址应答,并且忽略该地址.
反之,如果某器件需要广播地址中的数据,则必须对核地址进行应答,并成为一个被控接收广播寻址的第二个字节以及随后的数据字节.被控器
有能力处理这些数据时应进行时进行应答,否则忽略该字节并且不作应答. 广播寻址的内容是由第二个字节来设定的,其格式如下:
0 0 0 0 0 0 0 0 A X X X X X X X B A X X X X 10位被控器寻址 待定 2
2
1)B为0时的情况
B为0时第二字节有如下定义:
00000110(06H):被控制器地址的可编程部分由硬件进行复位和写入.在收到这两个字节的序列后,所有能响应通用地址的器件都将复位,并
装入其地址中的可编程部分.
00000100(04H):被控制器地址的可编程部分由硬件进行写入,在收到这两个字节的序列后,所有能响应广播寻址并通过硬件来定义
它们各自可编程部分的器件将锁定它们地址中的可编程部分,但不进行复位.
00000000(00H):该编码不允许用在第二字节.有关各种器件在广播寻址中的编程过程可参阅相应的资料. 第二字节的其余情况格式还未确定，各器件应忽略这些数据。 2）B为1时的情况
当B为1时,广播地址中的二个字节为硬件广播呼叫,它表示数据是一个硬件主空乏送、主控发出的,例如一个键盘控制器等,这些器件无法通过对它编程来发送一个所希望的被控器地址。由于硬件主控器无法事先知道送出的信息将传向哪个被控器,所以它只能通过发送这种硬件广播呼叫和自身的地址,以使系统识别它.硬件主控发送器的数据传送格式如下：
S 0000 A 主控器地址 1 A data A data A P 通用调用地址 │←第二字节 →│← n字节+应答 →│
第二个字节中的七位数据是硬件主控器的地址,这个地址可被总线上的一个主控器件所识别,并由它来处理硬件主控器发送的数据.如果硬件
主控器也能作为被控器工作,则硬件主控器地址就是它的被控器地址.
在一些系统中,广播寻址还可以有另外一种方式,即复位后,硬件主控发送器可以首先进入被控接收器工作方式,由系统配置一个主控制器来
通知数据传送对象的地址,在完成这个编程过程后,硬件主控器工作方式,其数据操作格式如下: 系统主控器将转移地址发送给硬件主控器
S 硬件主控器被接收器地址 W 硬件主控器将数据发送给所选择的被控接收器.
S 硬件主控器被接收器地址 W A data A data A/A P A 硬件主控器转移地址 X A P ∣←n字节+应答 →∣ 2.起始字节
起始字节是提供给无I2C总线接口的单片机查询I2C总线时使用的特殊字节.
通常单片机可以通过两种方法接入I2C总线.如果本身带有I2C总线的硬件接口,则可以通过编程来响应由I2C总线请求而产生的中断.单如果
单片机不具备这样的硬件接口时,则必须通过软件不断检测总线,以便及时响应总线的请求.显然,单片机监控总线或定时查询总线的单片机来说,
工作速度会减慢而与快速硬件电路之间产生一定差距,再这种情况下,I2C总线上的数据可以由一个较长的起始过程加以引导,如图2.8所示
图2.8起始字节引导过程
引导过程由起始信号S,起始字节,应答位,重复信号SR组成.
请求访问总线的主控器在向总线传送一个起始信号后,接着传送一个起始字节(00000001),另一个单片机可以有一个较低的采样率对SDA线
进行采样,直到起始字节中七个\信号中的一位被检测到为止,然后这个单片机即可转而以较高的采样速率对I2C总线的软
件查寻,以便发现
用于同步的第二个起始信号SR.
在收到第三个起始信号SR后,硬件接收器将复位,由此而忽略整个起始字节.
在起始字节后,会才生一个与应答信号相关的时钟脉冲,这仅仅是为了使总线的数据处理格式保持一致,不允许任何电路对起始字节进行应答. 3.CBUS地址
CBUS地址的设置使现有的CBUS接收器也可以接入I2C总线.CBUS发送器/接收器必须同时连接第三条信号线DLEN,并且省去I2C总线通讯中
的应答信号位.通常I2C总线上数据传输都是以8位为一字节的组合,而CBUS电路却采用了不同的数据格式.
由于在I2C总线和CBUS混合总线中,不允许I2C总线兼容器件响应CBUS信息.因此I2C总线约了一个特殊的CBUS地址(00000001*),没有任何
一个I2C总线器回响应这个地址.在传送了CBUS地址后,可以通过将DLEN变为有效,按CBUS的格式完成CBUS器件间的数据传输,在终止信号后,
所有的器件又重新准备接收数据.CBUS接收器/发送器数据传输格式如图2.9所示.
图2.9CBUS接收器/发送器的数据传送格式
主控发送器发送了CBUS地址后,可以按CBUS格式进行数据传送,整个传送过程由终止信号而停止并被总线上的所有器件所识别.