Ⅰ. 什么是I2C？

飛利浦發(fā)明的I2C 總線(xiàn)，是一種簡(jiǎn)單的雙向雙線(xiàn)同步串行總線(xiàn)。在連接到總線(xiàn)的設備之間傳送數據只需要兩根線(xiàn)。

主設備用于打開(kāi)設備進(jìn)行傳輸，并啟動(dòng)總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸。此時(shí)，任何尋址設備都被視為從設備?？偩€(xiàn)上，主從、發(fā)送和接收數據的關(guān)系并不是恒定不變的，但它確實(shí)依賴(lài)于當時(shí)的數據傳輸方向。如果主機希望向從設備發(fā)送數據，則首先尋址從設備，然后主動(dòng)向從設備傳輸數據，最后結束數據傳輸；如果主機希望從從設備接收數據，則主設備首先尋址從設備。然后，主機在終止接收操作之前接收設備發(fā)送的數據。在這些條件下。時(shí)間時(shí)鐘由主機產(chǎn)生，數據傳輸由主機終止。

 

二、I2C發(fā)展簡(jiǎn)史

在 1980 年，開(kāi)始研發(fā)通訊總線(xiàn)，以連接各種低速設備（飛利浦芯片）。

1982年，最初的版本使用100KHz的通信速率，提供7位地址，并將總線(xiàn)上的設備數量限制為112個(gè)（有幾個(gè)保留地址）。

1992年，發(fā)布了第一個(gè)規范，增加了400kHz的快速模式和擴展的10位地址空間。

1998年，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，對通信速率的要求越來(lái)越高，達到了高速的3.4 MHz，后來(lái)又升級到5 MHz，并采用差分信號來(lái)提高抗噪性。

 

Ⅲ.I2C基本內容

I2C ：內部集成電路，字面意思是集成電路之間，是 I2C 總線(xiàn)的縮寫(xiě)。

I2C只需要兩根線(xiàn)，可支持多達1008個(gè)從設備進(jìn)行同步串行通信。

 

I2C

I2C雙線(xiàn)信號

每個(gè)I2C 總線(xiàn)由兩個(gè)信號組成： SCL 時(shí)鐘和 SDA 數據。本總線(xiàn)主控器在任何時(shí)候都產(chǎn)生時(shí)鐘信號。

I2C總線(xiàn)驅動(dòng)程序與和spi不同，是開(kāi)路漏(如果您不知道開(kāi)漏意味著(zhù)什么)，這意味著(zhù)他們可以將適當的信號線(xiàn)畫(huà)得低一些，但不能把它開(kāi)高。

當沒(méi)有設備將信號壓低時(shí)，每個(gè)信號線(xiàn)上的上拉電阻將信號恢復到高電平。

 

I2C信號

信號電平

的I2C 總線(xiàn)信號電平通常在5到3.3伏之間?？偩€(xiàn)上的設備，如果與這兩個(gè)級別兼容，就可以直接利用。

如果信號電壓相差很大（5V和2.5V），或者電平不兼容，電平轉換是必不可少的。

 

Ⅳ. I2C總線(xiàn)開(kāi)發(fā)設計中需要注意的事項

1. 總線(xiàn)容量和驅動(dòng)能力

由于I2C 總線(xiàn)的外圍擴展器件均為 CMOS 器件，且總線(xiàn)具有足夠的電流驅動(dòng)能力，因此總線(xiàn)上擴展節點(diǎn)的數目由電容負載決定，而不是由電流負載能力決定。

總線(xiàn)上的每個(gè)實(shí)際節點(diǎn)設備在其總線(xiàn)接口處都有一個(gè)等效電容。由于類(lèi)似電容，總線(xiàn)傳輸會(huì )延遲，造成數據傳輸錯誤。

總線(xiàn)負載能力通常為400pF，每個(gè)I2C設備都有自己的電容值，通常不超過(guò)20pF，從中可以估計總線(xiàn)長(cháng)度和節點(diǎn)數量。由于總線(xiàn)上的每一個(gè)外圍設備都有一個(gè)設備地址，設備地址也限制了總線(xiàn)上外圍設備的擴展。

2. I2C總線(xiàn)的電氣結構

內部I2C總線(xiàn)接口是一個(gè)雙向傳輸電路，如圖所示，由于I2C總線(xiàn)是一種雙向同步串行總線(xiàn)。因為總線(xiàn)端口的輸出具有開(kāi)漏結構，上拉電阻必須安裝在總線(xiàn)上。電源電壓、SDA、SCL和總線(xiàn)串聯(lián)電阻都受到上拉電阻，如需選擇，請參閱適用的數據表，其范圍通常為4.7K至10K。

 

典型應用

3. 每個(gè)節點(diǎn)都有一個(gè)固定的節點(diǎn)地址。

因為I2C總線(xiàn)是一個(gè)雙向同步串行系統，總線(xiàn)上的一個(gè)單片機可以作為主節點(diǎn)，其設備地址由軟件給出并保存在總線(xiàn)的地址寄存器中，這被稱(chēng)為主設備的從地址。單片機作為多主總線(xiàn)系統中的從節點(diǎn)時(shí)，它的從地址是有意義的，從而使總線(xiàn)上的所有外圍設備都有標準化的設備地址。

4. I2C總線(xiàn)定時(shí)

在I2C接口上傳輸的每一幀數據的長(cháng)度都是一個(gè)字節。然而，一旦總線(xiàn)啟動(dòng)，就沒(méi)有對可以通信的字節數量的限制；所需要的只是另一方確認傳輸的每個(gè)字節。最重要的信息塊在發(fā)送時(shí)首先傳輸。每次傳輸在開(kāi)始時(shí)有一個(gè)開(kāi)始信號，在結束時(shí)有一個(gè)停止信號。通過(guò)在總線(xiàn)已經(jīng)傳送了一個(gè)字節之后操縱時(shí)鐘線(xiàn)，可以停止傳輸。

1.時(shí)鐘和數據傳輸:

通常使用外部設備將SDA引腳拉高。當SCL為低電平時(shí)，SDA引腳上的數據只能修改；當SCL為高電平時(shí)，SDA引腳上的數據表示開(kāi)始或停止狀態(tài)。如圖所示

時(shí)鐘和數據傳輸

2.開(kāi)始和結束條件：

啟動(dòng)條件是具有SCL高的高到低SDA，它必須出現在任何其他命令之前。停止條件是低到高的SDA和SCL高。停止指令將在讀序列后，EEPROM進(jìn)入待機模式，如圖所示。

開(kāi)始和結束條件

3.回答：

所有的地址和數據字都以 8 位字的形式連續地發(fā)送到內存芯片。確認收到每個(gè)字，通過(guò)發(fā)送一個(gè)“0.” 如圖所示，確認發(fā)生在第九時(shí)鐘周期。

回答

 

五、設計實(shí)例

在A(yíng)T24C256是一個(gè) 256kbit 串行電可編程只讀存儲器從在一個(gè) 8 引腳雙列直插式設備封裝一個(gè)小結構，大量的存儲容量，以及其他功能，可在 2 線(xiàn)總線(xiàn)利用。將其中四個(gè)IC串聯(lián)起來(lái)，創(chuàng )建一個(gè)具有大容量數據存儲需求的數據采集系統。

 AT24C256

通過(guò)EEPROM存儲器可以接收和傳輸數據。連接到總線(xiàn)的每個(gè)設備都有自己唯一的地址。

當主機訪(fǎng)問(wèn)EEPROM時(shí)它將啟動(dòng)狀態(tài)和控制信號發(fā)送到EEPROM存儲器，以及紅色標志信號來(lái)翻轉數據傳輸和接收的方向。在從EEPROM得到響應信號之后，可以讀出相關(guān)數據，

 

六.總結

通過(guò)上面的例子，我們可以知道I2C的優(yōu)勢主要表現在：

1. 硬件電路進(jìn)行了精簡(jiǎn)。串行數據線(xiàn)（SDA）和串行時(shí)鐘線(xiàn)是該總線(xiàn)（SCL）中唯一需要的線(xiàn)。

2. 總線(xiàn)上的每個(gè)I2C設備都有一個(gè)唯一的地址，軟件可以用它來(lái)尋址。

3. 由于總線(xiàn)上可能有許多主 I2C 設備，I2C 總線(xiàn)接口協(xié)議包括沖突監視和仲裁機制，以防止數據丟失或通信故障。

4. 這種串行雙線(xiàn)雙向總線(xiàn)的標準模式為100k bi t/s，快速模式為400k bi t/s，高速模式為3.4 mbit/s。

5. I2C器件采用濾波和抗干擾技術(shù)，保證了數據的完整性。

6. 總線(xiàn)的容抗不能超過(guò)400pF，因為連接到它的設備數量是有限的。