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2011年6月21日 星期二

DIY - PIC：PIC18F4550 I2C 介面 (八十七)

DIY - PIC：PIC18F4550 I2C 介面 (八十七)：

在 SD 記憶卡中使用了 SPI 串列外設介面，手頭上有一枚 DS1307 的實時時鐘 IC，但介面是用 I ² C 來控，對於這兩種通信串行介面是有不同，串行接口有很多品種，其中3線，2線和單線都比較上普遍，串行外設介面（SPI）是屬於 3線，而 I ² C 則屬於 2 線，SPI 的原理已經在之前的文章介紹過，所以都不再化時間了，但主要缺點是 3線接口需要一個單獨的低電平有效 CS 線來控制，3 線接口也沒有提供數據確認已正確傳送或接收。從軟件角度來看，在單獨 (single-master/single-slave) 使用時，3 線接口簡單及更高效過 2 線接口。

▲ I ² C 系統結構圖
Interface
 Advantages
 Disadvantages
3-Wire :
SPI, QSPI, and MICROWIRE PLUS
 1. Speed
2. No pullup resistors required
3. Full-duplex operation
4. Noise immunity
 1. Larger number of bus line connections
2. Individual chip-select lines required to communicate with more than one slave at a time
3. No acknowledgment of received data
2-Wire :
I²C and SMBus
 1. Fewer bus line connections
2. Multiple devices share the same bus
3. Received data is acknowledged
 1. Speed: SMBus limited to 100kHz; I²C limited to 3.4MHz
2. Half-duplex operation
3. Open-drain bus lines require pullup resistors
4. Reduced noise immunity
▲ SPI與 I ² C  優缺點比較 (資料來源：Maxim)  
I ² C (Inter Integrated Circuit , IIC) 最早的版本是 Philps 公司在 1992 所設計的串列匯流排介面，利用兩條訊號控制線來進行資料傳輸，其中兩條訊號控制線分別為：
  1. SCL (Serial Clock) : 作為資料傳輸時的參考時脈
  2. SDA (Serial Data) : 以串列傳輸(一次一位元)的方式傳送資料
▲ I ² C 總線結構
2 線接口，只使用一個數據線（SDA 或 SMBDATA）和時鐘線（SCL 或 SMBCLK）。由於接線少，優勢在於設計簡單，特別適合如手機和光纖應用。兩線接口也允許連接多個 Slave 在同一總線上，而無需片選 (Chip Select, CS) 信號。這種設計是可能的，因為每一個 Slave 都有自己唯一的地址。兩線接口也發送一個應答位成功讀取後，已經完成。因為 2 線接口只有一個數據線，他們可以工作在半雙工模式上（在同一週期內數據只能發送或接收一個，但不能同時發送同接收）。2 線接口電平觸發，在嘈雜的環境中，有可能引起的問題，如一個數據位被錯誤地鑑定。

▲ I ² C 完整的資料傳輸
因此，設計是適用於 IC 與 IC 之間的資料溝通，低功率且速度快，而且分為 master 和 slave 裝置，利用 master 裝置發送訊號出去，每一個具有 I ² C 介面的晶片都有一個屬於 I ² C 的識別 ID 碼，因此同樣的 SCL 與 SDA 控制線上可一次並聯 2 的 n 次方晶片，當 master 裝置發送訊號出去時，並聯的晶片將同時收到訊號，但只有正確對應的 ID 碼晶片才會回送訊息給 master 端，進而執行資料傳輸的動作，特別需要注意到的一點是，I ² C 裝置的 slave 端無法主動傳送或要求訊號，一定要先由 master 端發送訊號後，才能有所回應。

▲ I ² C 典型的 SDA 和 SCL 信號
I ² C 這種方式的傳輸最大可以有 400Kbps 只比 SPI 快三倍多而已，它的腳位是 2 腳(接地不算) ，一個叫 SDA 另一個叫 SCL，這種型態多半是拿來做電路板之內各個IC之間的橫向溝通，因此 400Kbps 的速度其實也是足夠，它的工作方式是以 SCL 來當做觸發準位，平常時都是在 High，一旦遇到要傳輸開始，就會產生一個 Low 電位，然後再去 SDA 取樣(信號端) ，這種方式由於是所有 IC 都共用這兩條線，所以在發送資料之前還必須再多送一個 slave address，以利 IC 辨別現在是在呼叫誰，否則大家同時都收到，卻不知道哪一個要回應會造成錯亂。

▲ I ² C 資料序列內容
2011 年 06 月 21 日 天氣報告 
氣溫：28.0 度 @ 22:00 
相對濕度：百分之83% 
天氣：大致多雲 
一號戒備信號 ( 2011 年 06 月 20 日 21 時 35 分 ) 

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於

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