嵌入式教育科普|I2C接口全面解析

1、基本概念

I2C的全稱是Inter-Integrated Circuit，譯為集成電路總線，是一種同步、雙向、半雙工的兩線式串行接口總線。連接到I2C總線上的設(shè)備既可以用作主設(shè)備，也可以用作從設(shè)備。主設(shè)備通常是一個(gè)微控制器或微處理器，用來(lái)控制通信的啟動(dòng)和停止、時(shí)鐘信號(hào)（SCL）的產(chǎn)生，以及數(shù)據(jù)傳輸；從設(shè)備則是等待來(lái)自主設(shè)備的命令并響應(yīng)命令接收。

I2C總線是共享的總線系統(tǒng)，因此可以將多個(gè)I2C設(shè)備連接到該系統(tǒng)上,不同的I2C設(shè)備有不同的器件地址，主設(shè)備通過(guò)I2C設(shè)備的器件地址訪問(wèn)指定的I2C從設(shè)備，連接方式如下圖：

I2C采用的開(kāi)漏輸出，SDA跟SCL兩根線都需要加上拉電阻，當(dāng)總線空閑時(shí)候兩根線是高電平。I2C的優(yōu)點(diǎn)在于其簡(jiǎn)單性、靈活性、易于集成、通信速度快、占用引腳少、連接簡(jiǎn)單等。然而，由于其半雙工的工作方式，以及在同一總線上連接的設(shè)備數(shù)量有限，I2C在某些應(yīng)用中可能不是最佳選擇，也具有傳輸距離短、信號(hào)干擾大等缺點(diǎn)。

2、工作原理

I2C是一種雙線總線，分別是時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA。在正常工作中，總線協(xié)議有起始條件與停止條件。

起始條件：SCL為高電平，SDA由高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

停止條件：SCL為高電平，SDA由低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

起始跟停止條件由主機(jī)控制。當(dāng)主機(jī)發(fā)出起始條件后，I2C總線會(huì)被認(rèn)為忙碌狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)出停止條件后，I2C總線會(huì)被認(rèn)為空閑狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送一個(gè)重新起始條件替代停止位I2C總線也會(huì)被認(rèn)為處于忙碌狀態(tài)。

主機(jī)發(fā)出起始條件后，開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)，但這里要注意的是數(shù)據(jù)的有效性。

數(shù)據(jù)有效性：SCL時(shí)鐘線在高電平期間，SDA必須是穩(wěn)定的。SCL時(shí)鐘線在低電平時(shí)候SDA數(shù)據(jù)線才允許高電平或者低電平變化。每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)位產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘。

在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SDA線上面的每個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度必須是8位。每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，每個(gè)字節(jié)后面跟隨著一個(gè)應(yīng)答位，數(shù)據(jù)以高有效位傳輸。如果從機(jī)不能夠接收數(shù)據(jù)或者傳輸一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，直到他完成某些其他功能。例如一個(gè)內(nèi)部中斷，它可以保持SCL為低電平狀態(tài)，迫使主服務(wù)器進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)后它會(huì)釋放SCL時(shí)鐘線數(shù)據(jù)繼續(xù)傳輸。