用示波器對單片機I2C時序進行圖形波形分析的試驗小結(jié)
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本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202401/454918.htm對于嵌入式開發(fā)的朋友來說,I2C協(xié)議實在是再熟悉不過了,有太多的器件,采用的都是通過I2C來進行相應(yīng)的設(shè)置。今天,我們就隨便聊聊這個I2C協(xié)議。
I2C協(xié)議中最重要的一點是I2C地址。這個地址有7位和10位兩種形式。7位能夠表示127個地址,而在實際使用中基本上不會掛載如此多的設(shè)置,所以很多設(shè)備的地址都采用7位,所以本文接下來的說明都是基于此。
I2C還有一個很重要的概念,就是“主—從”。對于從設(shè)備來說,它是啥都不干的,更不會自動發(fā)送數(shù)據(jù);而主設(shè)備,則是起到控制作用,一切都是從它開始。
除了GND以外,I2C有兩根線,分別是SDA和SCL,所有的設(shè)備都是接到這兩根線上。那么,這些設(shè)備如何知道數(shù)據(jù)是發(fā)送給它們呢?這就得依靠前面所說到的地址了。設(shè)備I2C的地址是固定的,比如0x50,0x60等等。因為只能有127個地址,地址沖突是很常見的,所以一般設(shè)備都會有一個地址選擇PIN,比如拉高時候為0x50,接地為0x60。如果無論拉高還是接地,都和別的芯片有沖突,那該怎么辦呢?答案是:涼拌,沒辦法。遇到這種情況,只能換芯片了。
我們來看I2C協(xié)議中的數(shù)據(jù)傳輸時序圖:
SCL是時鐘,SDA承載的是數(shù)據(jù)。當(dāng)SDA從1變動到0,而SCL還是1時,表示開始數(shù)據(jù)傳輸。接下來的7位,就是設(shè)備的地址。緊接著的是讀寫標(biāo)志,其為1時是讀取,為0則是寫。如果I2C總線上存在著和請求的地址相對應(yīng)的設(shè)備,則從設(shè)備會發(fā)送一個ACK信號通知主設(shè)備,可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。接到ACK信號后,主設(shè)備則發(fā)送一個8位的數(shù)據(jù)。當(dāng)傳輸完畢之后,SCL保持為1,SDA從0變換到1時,標(biāo)明傳輸結(jié)束。
從這個時序圖中可以看到,SCL很重要,并且哪個時鐘沿是干嘛的,都是確定好的。比如,前面7個必定是地址,第8個是讀寫標(biāo)志,數(shù)據(jù)傳輸必須是8位,必須接個ACK信號等等。
前面的時序圖并沒有標(biāo)明數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?,我們現(xiàn)在看看寫操作的數(shù)據(jù)流向:
網(wǎng)格的是主設(shè)備發(fā)送的,白色格子是從設(shè)備發(fā)送的。從圖示中可以看到,對于寫操作,從設(shè)備都只是發(fā)送ACK進行確認(rèn)而已。
而讀操作的數(shù)據(jù)流向,就有所不同,如圖:
這時候,從設(shè)備除了發(fā)送ACK以外,緊跟著的還有數(shù)據(jù)。
我們用示波器來查看波形圖,以便于理解。
將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL,得到波形并分析如圖:
I2C的概念原理網(wǎng)上都有就不說了,這里只把我把兩個開發(fā)板通過I2C通訊的調(diào)試經(jīng)驗記錄分享一下。
I2C要求要有一個主設(shè)備,負(fù)責(zé)發(fā)起請求和控制時鐘;其它為從設(shè)備,通過設(shè)備ID地址來識別并響應(yīng)主設(shè)備請求。主從設(shè)備要輪流控制SDA。一開始我沒搞明白這一點,直接加了寫I2C數(shù)據(jù)代碼,然后用示波器在SDA和SCL腳測量,卻只能找到些凌亂的波形,沒有預(yù)期的效果。后來把從設(shè)備接上,兩邊寫好代碼,互相有了響應(yīng),這才在示波器上看到波形。
這里我找了一個主設(shè)備往從設(shè)備寫數(shù)據(jù)的例子,代碼如下:
char buf[128];
int len;
strcpy(buf,"..huz_hello_i2c/n");
len=strlen(buf);
//deviceid: 0x3c
write_i2c(0x3c, buf , len);
接收端的代碼比較簡單,就不貼了。
將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL,得到波形并分析如圖:
從圖中可知時序如下:
由主機發(fā)起,在SCL為高電平時,SDA由高到低切變,形成開始信號;
接著是7位地址和一位讀寫標(biāo)志,這里7位地址為0111100,即0x3c,正是我們代碼中設(shè)置的地址ID;最后一位為0表示寫操作;
接著在下一個時鐘,主機以高電平狀態(tài)釋放SDA,這時從機響應(yīng),將SDA拉低了;
接著是兩個8位數(shù)據(jù)00101110與響應(yīng),即0x2E,正是“.”號的ASCII碼,符合預(yù)期輸出;
還有其它數(shù)據(jù)和最后的停止位,圖中被截掉了。
從圖中可知,縱向一格是200mV,則SDA和SCL的電平大概就是350mV;由于信號筆上設(shè)置了信號x10,因此實際電平應(yīng)該大概是3.5V(理論上應(yīng)該是3.3V)。橫向一格是25us,10個時鐘周期大概用了4格,即4x25us=100us,平均每個時鐘周期是10us,可算出傳輸頻率為1/10us=100,000/s,即100k bps。
另外,對于讀從設(shè)備內(nèi)容,基本流程是主設(shè)備先往從設(shè)備寫一個命令,然后再輸出讀取命令,然后才由從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。過程類似,不再具體分析了。
下圖示例中,主機先向從機寫了一個地址命令,然后重新開始并進入讀取周期。
分析波形可檢測出I2C通信工作是否正常,是否符合預(yù)期,對我們編程調(diào)試診斷有輔助作用。
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