I2C

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• I2C
  • 1. I2C是什么？
  • 2. I2C总线的特点
  • 3. 5种速率模式
  • 3. I2C总线的硬件设计
  • 4. I2C总线协议
    • 4.1. I2C总线术语的定义
    • 4.2. 数据传输方式
    • 4.3. 4种信号
  • 5. 总结
  • others

参考链接：

1. UM10204 I2C-bus specification and user manual Rev. 7.0
2. 一文看懂I2C协议 - 王超的文章 - 知乎
3. I²C（IIC）总线协议详解—完整版 - 曾小庆的文章 - 知乎
4. 单片机I2C通信入门(上)：硬件部分有哪些注意点?
5. 单片机I2C通信入门(下)：三份文件搞清楚I2C通信协议

1. I2C是什么？

I2C的全称是Inter-Integrated Circuit，意思是芯片与芯片之间的通讯。它是由Philips(飞利浦)公司，现NXP(恩智浦)半导体开发的一种简单的双向两线制总线协议标准。

2. I2C总线的特点

翻译自UM10204 I2C-bus features

• 只需要两线：一个串行数据线（SDA），一个串行时钟线（SCL）
• 连接到总线的每一个设备都可以通过唯一的地址进行软件寻址，并且始终存在简单的控制器/目标关系；控制器可以作为控制器-发送器或者控制器-接收器运行。
• 是真正的多控制总线，包括冲突检测和仲裁，以防止在两个或更多个控制器同时启动数据传输时损坏数据。
• 串行、8位、双向数据传输在标准模式下最高可达100 kbit/s，在快速模式下最高可达400 kbit/s，在快速模式+下最高可达1 Mbit/s，在高速模式下最高可达3.4 Mbit/s。
• 串行、面向 8 位的单向数据传输，在超快模式下传输速度高达 5 Mbit/s。
• 片内滤波可抑制总线数据线上的尖峰，以保持数据完整性。
• 可连接到同一总线的IC数量仅受最大总线电容的限制。在某些情况下，可能允许更大的电容。

3. 5种速率模式

速率模式-ch	速率模式-en	速率	备注
标准模式	Standard-mode	100 kbit/s
快速模式	Fast-mode	400 kbit/s
快速模式+	Fast-mode Plus	1 Mbit/s
高速模式	High-speed mode	3.4 Mbit/s
超快模式	Ultra Fast-mode	5Mbps	单向传输

3. I2C总线的硬件设计

I2C总线对于设备上的IO口进行了一些阉割，总线在默认状态下是高电平，MOS管导通时变为低电平。

I2C总线为了解决多设备共用总线而不烧毁电路的问题，采用了开漏输出的方案，配合上拉电阻，可以输出完整的高低电平。上拉电阻值，在总线设备多，速度要求高的时候可以设置相对小一些。

4. I2C总线协议

4.1. I2C总线术语的定义

Term	术语	Description 描述
Transmitter	发射机	向总线发送数据的设备
Receiver	接收机	从总线接收数据的设备
Controller	控制器	启动传输、生成时钟信号并终止传输的设备
Target	目标	控制器寻址的设备
Multi-controller	多控制器	多个控制器可以尝试同时控制总线，而不会损坏消息
Arbitration	仲裁	程序以确保如果多个控制器同时尝试控制总线，则只允许一个控制器这样做，并且获胜消息不会损坏
Synchronization	同步	同步两个或多个设备的时钟信号的过程

获胜消息：在多个控制器争夺总线控制权的过程中，最终成功获得控制权的控制器所发送的信息

4.2. 数据传输方式

1. 假设微控制器 A 想要向微控制器 B 发送信息：
   • A（控制器）寻址 B（目标）
   • A（控制器-发送器），将数据发送到B（目标接收器）
   • A 终止传输。
2. 如果 A 想要从 B 接收信息：
   • A（控制器）寻址 B（目标）
   • A（控制器-接收器）从 B（目标发送器）接收数据
   • A 终止传输。

4.3. 4种信号

1. 起始信号
   • SCL处于高电平时，SDA由高到低变化，这种信号是起始信号。
2. 停止信号
   • SCL处于高电平时，SDA由低到高变化，这种信号是停止信号。
3. 应答信号
   • I2C最大的一个特点就是有完善的应答机制，从机接收到主机的数据时，会回复一个应答信号来通知主机表示“我收到了”。
   • 应答信号出现在1个字节传输完成之后，即第9个SCL时钟周期内，此时主机需要释放SDA总线，把总线控制权交给从机，由于上拉电阻的作用，此时总线为高电平，如果从机正确的收到了主机发来的数据，会把SDA拉低，表示应答响应。
4. 非应答信号
   • 当第9个SCL时钟周期时，SDA保持高电平，表示非应答信号。

5. 总结

1. I2C 4种信号的分别是什么形式？

others

只能说自己对于I2C的了解程度还是不够的。之前使用I2C，无非是驱动OLED屏幕、读取传感器的值这样的任务，没有使用I2C总线连接多个设备使用。以后一定要做个小项目切身体验一下，加深理解。