I2C总线

Posted 2022-06-22 旭日初扬

目录

一、简介

二、通讯协议

2.1、物理层

2.2、协议层

2.2.1、数据有效性规定

 2.2.2、起始信号与停止信号

2.2.3、响应

2.2.4、总线的寻址方式

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一、简介

• I2C（Inter－Integrated Circuit）：内部集成电路。
• 由飞利浦公司开发的两线式穿行总线。
• 用于连接微控制器及其外围设备。
• 有两根双向信号线，数据线SDA,时钟线SCL。

二、通讯协议

物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。 协议层主要规定通讯逻辑， 统一收发双方的数据打包、解包标准。

2.1、物理层

•  支持多I2C设备通讯的总线，该总线由SCL总线(串行时钟总线)线路与SDA总线(串行数据总线)线路构成。总线：指多个设备共用的信号线。
• 总线上的设备都有唯一的地址，主机可以通过唯一的地址访问不同的设备。
• 总线上通过上拉电阻接到电源，I2C设备空闲时，输出高阻态。所有设备都空闲时，都输出高阻态上拉电阻会把总线拉成高电平。
• 多个主机同时使用总线时，为防止数据冲突，会利用仲裁方式决定哪个设备使用总线。
• 总线传输模式：标准传输模式：100kbit/s,快速模式：400kbit/s,高速模式：3.4Mbit/s。

I2C常用术语：

• 主机：启动数据传送、产生时钟信号的设备
• 从机：被寻址的设备。
• 多主机：两个或以上的主机同时控制设备但不破坏传输。
• 主模式：用 I2CNDAT 支持自动字节计数的模式；位 I2CRM,I2CSTT,I2CSTP 控制数据的接收和发送。
• 发送器：发送数据到总线上的器件。
• 接收器：从总线上接收数据的器件。
• 同步：两个或多个器件同步时钟信号的过程。
• 从模式：发送和接收操作都是由I2C模块自动控制。

2.2、协议层

I2C 的协议定义了通讯的 起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地 址广播 等环节。

2.2.1、数据有效性规定

• 总线上传输数据时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定。
• 时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
• 每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。

 2.2.2、起始信号与停止信号

1. 当SCL信号为高电平时，SDA信号由高电平转向低电平，表示I2C通信的开始。
2. 当SCL信号为搞电平时，SDA信号由低电平转向高电平，表示I2C通信的结束。

2.2.3、响应

• 发送器件发送一个字节(8位)+校验位。
• 校验位通过接收端SDA实现，提醒发送端数据已经收到，数据可以继续发送。
• 此校验位是数据或地址传输过程中的响应。
• 响应：包含应答(ACK)特定低电平脉冲、非应答(NACK)特定高电平脉冲。
• 数据接收端，在I2C通信中接收到一个字节的数据或地址，若希望再接收数据则要向发送端发送"ACK"应答(特定的低电平脉冲)，不希望接收数据则向发送端发送NACK应答。

2.2.4、总线的寻址方式

I2C总线寻址方式按从机地址位数可分为两种，一种是7位，一种10位。

•  D7~D0位组成从机地址，D0位为数据传送的方向。
• D0位：0表示主机向从机写数据，1表示主机由从机读数据。
• 主机发送一个地址后，总线上的每个器件都将头7位与它自己的地址比较，若一致，器件判定它被主机寻址，地址不同的器件则忽略后面的数据信号。
• 接收器还是发送器，由R/W决定。

三、程序

3.1、硬件