I2C简介

简介

I2C总线 (Inter IC BUS) 是由Philips公司于八十年代初开发的一种通用数据总线，主要用于近距离、低速的芯片之间通信；I2C总线硬件结构简单，简化了PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性，在各个领域得到了广泛应用。

I2C总线是一种多主机总线，总线具有极低的电流消耗，抗干扰能力强，串行的8位双向数据传输速率在标准模式下可以达到100Kbit/s,快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。

I2C的一些特性：

I2C有两根通讯线：SCL(Serial Clock)、SDA(Serial Data)
同步、半双工
带数据应答
支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

I2C 总线的硬件电路

所有的I2C设备，SCL相连，SDA相连

所有SCL和SDA设备均要配置成开漏输出模式

SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为\(4.7 k\Omega\)左右。

I2C 通信过程


graph LR

 A[主机发起始信号] -->|启用总线| B[主机发一字节];
 B --> C[指明从机地址];
 B --> D[后续字节传输方向];
 C --> E[从机回复应答信号];
 D --> E;
 E --> F[主机发一字节];
 F --> J[从机回复应答信号];
 J -->|重复| A;
 J -->|通信完成| K[主机发停止信号释放总线]

通信主机发送起始信号启用总线
主机发送一个字节数据指明从机地址以及后续字节传送方向
目标从机发送应答信号回复主机
主机发送一个字节
目标从机发送应答信号回复主机
步骤1到5被重复，通信完成后主机发送停止信号释放总线

寻址方式

在主机发送起始信号后，必须先发送一个字节数据用于寻址，高7位为从机地址，最低位位后续字节传送方向（0表示主机数据-->从机；1表示从机数据-->主机）

I2C时序基本单元

起始与停止条件

起始条件： SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件： SCL高点平期间，SDA从低电平切换到高电平

起始与终止信号均由，通信主机发出，起始信号产生后总线处于占用状态，停止信号产生后，总线被释放处于空闲状态，在空闲状态的时候总线SCL与SDA均为高电平。

其中，停止信号的发出有两种：

停止信号

主机停止发送，发停止信号
从机停止接收，未向主机发送应答信号；此时主机发送停止信号结束通信

字节传送

I2C 通信时每个字节长度为8个字节，数据传送的时候，先传最高位，后传低位（高位先行），在主机发送完毕一个字节后从机必须发送一位应答位回复主机，因此I2C 通信的一帧数据帧一共有9位。

传输一个字节

在SCL低电平期间，通信主机会将数据位依次放到SDA线上；然后释放SCL，从机就会在SCL高电平期间读取数据位。因此在SCL高电平期间，SDA不允许有数据变化；上述过程循环8次即可发送一个字节。

发送应答

主机在接收完1个字节后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答。（主机在接收之前需要释放SDA）。

时钟同步

在I2C 通信过程中若多个主机产生时钟信号，则只有所有时钟信号均为高电平的时候，SCL上才表现为高电平，否则都为低电平。

仲裁

当所有主机在SDA上都写1的时候，SDA上的数据才表现为1，否则SDA上的数据就为0。

一个主机每发送一个Bit的数据的时候，在SCL高电平的时候，检查SDA的数据电平与自己发送的数据是否一致，如果不一致则主机便知道自己输掉仲裁，即停止向SDA写数据，此种仲裁方式保证了主机发送信息的时候不会丢失数据。