第2章多媒体总线

2.1 I2C总线
应答 数据传输必须带响应，相关的响应时钟脉冲由主 机产生。在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA 线（高）。 在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA 线拉 低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定 的低电平。
2.1 I2C总线
通常被寻址的接收器在接收到的每个字节后，除 了用CBUS 地址开头的数 I2C总线数据传输和应 答据，必须产生一个响应。当从机不能响应从机 地址时（例如它正在执行一些实时函数不能接收 或发送），从机必须使数据线保持高电平，主机 然后产生一个停止条件终止传输或者产生重复起 始条件开始新的传输。 如果从机接收器响应了从机地址，但是在传输了 一段时间后不能接收更多数据字节，主机必须再 一次终止传输。这个情况用从机在第一个字节后 没有产生响应来表示。从机使数据线保持高电 平，主机产生一个停止或重复起始条件。
2.2 I2S总线
(3)串行时钟SCK SCK是模块内的同步信号，从模式时由外部提 供，主模式时由模块内部自己产生。 (4)时序图
2.2 I2S总线
16位和24位SD
2.2 I2S总线
2、三种工作模式 从数据的接收和发送的角度来说，它可以分为数 据接收端和数据发送端； 从时钟信号和声道选择信号的产生的角度来说， 它又可以分为主机和从机； I2S就存在以下三种不同的模式，其中产生时钟信 号和声道选择信号的是主机。
2.1 I2C总线
1、I2C总线特点 (1)只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA， 一条串行时钟线SCL； (2)每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址 和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地 址，主机可以作为主机发送器或主机接收器； (3)它是一个真正的多主机总线，如果两个或更多 主机同时初始化，数据传输可以通过冲突检测和 仲裁防止数据被破坏；
2.1 I2C总线
Fra Baidu bibliotek 7、控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中 高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不 同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位 为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作， 为0时为写操作。
2.1 I2C总线
8、写数据过程 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个 START信号掌管总线； 发送一个控制字节（包括7位器件地址码和一位 R/W）； 当被控器件检测到主控发送的地址与自己的地址 相同时发送一个应答信号（ACK）； 主控收到ACK后开始发送第一个数据字节； 被控器收到数据字节后发送一个ACK表示继续传 送数据，发送NACK表示传送数据结束； 主控发送完全部数据后，发送一个停止位 STOP，结束整个通讯并且释放总线；
2.2 I2S总线
I2S(Inter—IC Sound)总线是飞利浦公司为数字音 频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标 准，该总线专责于音频设备之间的数据传输，广 泛应用于各种多媒体系统。 它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设 计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差 诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的 专业设备的费用。
2.2 I2S总线
左右对齐
2.2 I2S总线
(2)声道选择WS 声道选择线表明了正在被传输的声道。 WS为“1”表示正在传输的是左声道的数据。 WS为“0”表示正在传输的是右声道的数据。 WS可以在串行时钟的上升沿或者下降沿发生改变 ，并且WS信号不需要一定是对称的。 在从属装置端，WS在时钟信号的上升沿发生改变 。WS总是在最高位传输前的一个时钟周期发生改 变，这样可以使从属装置得到与被传输的串行数 据同步的时间，并且使接收端存储当前的命令以 及为下次的命令清除空间。
2.2 I2S总线
对于数据和命令信号的输入，外部时钟和内部时 的延迟不占据主导的地位，它只是延长了有效的 建立时间。延迟的主要部分是发送端的传输延迟 和设置接收端所需的时间。
2.1 I2C总线
起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条 件后被认为处于忙的状态 起始和停止条件，在停 止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状 态。 如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线 会一直处于忙的状态，此时的起始条件（S）和重 复起始条件（Sr） 在功能上是一样的。
2.1 I2C总线
2.1 I2C总线
(4)串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下 可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速 模式下可达3.4Mbit/s； (5)连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电 容400pF 限制。
2.1 I2C总线
2、 I2C总线术语 发送器：发送数据到总线的器件； 接收器：从总线接收数据的器件； 主机：初始化发送产生时钟信号和终止发送的器 件； 从机：被主机寻址的器件； 多主机：同时有多于一个主机尝试控制总线但不 破坏传输； 仲裁：是一个在有多个主机同时尝试控制总线但 只允许其中一个控制总线并使传输不被破坏的过 程； 同步：两个或多个器件同步时钟信号的过程 。
控制端
SCK
传输端
WS SD
接收端
2.2 I2S总线
3、延迟特性 在I2s总线中，任何设备都可以通过提供必需的时 钟信号成为系统的主导装置，而从属装置通过外 部时钟信号来得到它的内部时钟信号，这就意味 着必须重视主导装置和数据以及命令选择信号之 间的传播延迟。 总的延迟主要由两部分组成 外部时钟和从属装置的内部时钟之间的延迟； 内部时钟和数据信号以及命令选择信号之间的 延迟。
2.1 I2C总线
当前地址读单字节操作（被控器件内部储存器地 址计数器保留最后一次访问的地址）
2.1 I2C总线
任意地址读单字节操作（主控器件先发写命令， 然后发要读的地址，然后发读命令）
2.1 I2C总线
多字节连续读操作（被控器件完成一个读字节操 作后内部地址计数器自动加一）
注：以上操作符合24CXX系列EEPROM器件读写时 序。
2.2 I2S总线
(1)数据传输端产生SCK、WS信号，为主机，从 而数据接收端成为从机。
SCK
传输端
WS SD
接收端
传输端为主模块 (2)数据接收端产生 SCK、WS信号，为主机，从 而数据传输端成为从机。
SCK
传输端
WS SD
接收端
2.2 I2S总线
(3)当有多个数据接收端和多个数据传输端的时 候，很难确定谁作为主机，因此就出现了另一种 模式，即一个控制器专门负责产生时钟和声道选 择信号。
2.2 I2S总线
这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方 便，而且不会造成数据错位。为了保证数字音频 信号的正确传输，发送端和接收端应该采用相同 的数据格式和长度。当然，对I2S格式来说数据长 度可以不同。 随着技术的发展，在统一的 I2S接口下，出现了 多种不同的数据格式。根据SDATA数据相对于 WS和SCLK的位置不同，分为左对齐（较少使 用）、I2S格式（即飞利浦规定的格式）和右对齐 （也叫日本格式、普通格式）。
2.1 I2C总线
10位寻址 10位寻址和7 位寻址兼容，而且可以结合使用。 10位寻址采用了保留的1111XXX 作为起始条件， 或重复起始条件的后第一个字节的头7 位。 保留地址位1111XXX 有8 个组合，但是只有4 个 组合11110XX 用于10 位寻址，剩下的4个组合 11111XX 保留给后续增强的I2C 总线。
2.1 I2C总线
I2C总线发送器送到SDA线上的每个字节必须为8 位长，传送时高位在前，低位在后。与之对应， 主器件在SCL线上产生8个脉冲；第9个脉冲低电 平期间，发送器释放SDA线，接收器把SDA线拉 低，以给出一个接收确认位；每传1个字节需要9 个时钟脉冲。
2.1 I2C总线
6、寻址方式 7位寻址 第一个字节的头7 位组成了从机地址，最低位（L SB）是第8 位，它决定了传输的方向。第一个字 节的最低位是“0”，表示主机会写信息到被选中 的从机；“1”表示主机会向从机读信息，当发送 了一个地址后，系统中的每个器件都在起始条件 后将头7 位与它自己的地址比较，如果一样，器 件会判定它被主机寻址，至于是从机接收器还是 从机发送器，都由R/W 位决定。
2.2 I2S总线
1、I2S总线规范 I2S总线拥有三条数据信号线： SCK: (continuous serial clock) 串行时钟 对应数字音频的每一位数据，SCK都有1个脉 冲。SCK的频率=2×采样频率×采样位数。 WS: (word select) 字段（声道）选择 用于切换左右声道的数据。WS的频率＝采样 频率。 SD: (serial data) 串行数据 用二进制补码表示的音频数据。
2.1 I2C总线
单字节写操作
多字节连续写操作
2.1 I2C总线
9、读数据过程 主控在检测到总线空闲的状况下，首先发送一个 START信号掌管总线； 发送一个控制字节(包括7位器件地址码和一位 R/W)；当被控器件检测到主控发送的地址与自己 的地址相同时发送一个应答信号（ACK）； 主控收到ACK后释放数据总线，开始接收第一个 数据字节； 主控收到数据后发送ACK表示继续传送数据，发 送NACK表示传送数据结束； 主控发送完全部数据后，发送一个停止STOP， 结束整个通讯并且释放总线；
2.1 I2C总线
如果传输中有主机接收器，它必须通过在从机不 产生时钟的最后一个字节不产生一个响应，向从 机发送器通知数据结束。从机发送器必须释放数 据线，允许主机产生一个停止或重复起始条件。 无应答 在时钟的第9个脉冲期间发送器释放数据总线，接 收器不拉低数据总线表示一个 NACK，NACK有 两种用途：a、一般表示接收器未成功接收数据字 节；b、当接收器是主控器时，它收到最后一个字 节后，应发送一个NACK信号，以通知被控发送 器结束数据发送，并释放总线，以便主控接收器 发送一个停止信号STOP。
2.2 I2S总线
(1)串行数据SD I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最 高位总是被最先传输(在WS变化(也就是一帧开始) 后的第2个SCK脉冲处)，因此最高位拥有固定的 位置，而最低位的位置则是依赖于数据的有效位 数。也就使得接收端与发送端的有效位数可以不 同。 如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以 放弃数据帧中多余的低位数据； 如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以 自行补足剩余的位(常补足为零)。
5、数据传输和应答 数据传输 发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位，每次传 输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必 须跟一个响应位。首先传输的是数据的最高位 （MSB），如果从机要完成一些其他功能后（例 如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一 个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电 平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收 下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继 续。
2.1 I2C总线
3、数据的有效性 SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳 定。数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时 钟信号是低电平时才能改变 。
2.1 I2C总线
4、起始和停止 起始条件： SCL 线是高电平时，SDA 线从高电 平向低电平切换。 停止条件： SCL 线是高电平时，SDA 线由低电 平向高电平切换。
第2章 多媒体总线
2.1 I2C总线 2.2 I2S总线
2.1 I2C总线
I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由PHILIPS公 司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及 其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的 一种总线标准。 产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发。 它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少， 控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高 等优点。