裸机上I2C的设计

Posted 2020-11-09 zero_cookies

　　本文主要说说I2C的某些设计。为什么通信协议比SPI复杂，还有两根线电平跳换上的合理性。

 

　　I2C搭的线少，一根时钟线和一根数据线。搭线也就比用到4根线的SPI更方便。加上I2C比较廉价，所以板上器件之间的通信，I2C用的较多。此外，I2C在传输速度上比较慢，较少用于远距离通信。

　　SPI，通常有四根线，时钟线、数据输出线、数据输入线、从设备选择线。如果只有一个从设备，就用不上从设备选择线了。

　　比起SPI的四根线，I2C只有两根线。所以当主机匹配从设备的时候，需要通过I2C协议发送设备地址来选择从设备。I2C比SPI少了从设备线，就用了更复杂的协议，通过协议来选择从设备。

 

I2C 起始信号与停止信号的比较

　　空闲状态下，SCL、SDA都是高电平。在SCL为高电平的前提下，SDA从高电平跳变到低电平，和由低电平跳变到高电平，分别完成了I2C的起始信号和停止信号。

　　这里，只需要一根线的电平跳变，就能和空闲状态区别开。I2C在设计上选择了SDA的跳变来作为起始、停止的信号。

 

传输数据时序

　　上图是传输2Bit(2位)数据的时序，在时钟线拉低的时候，才允许数据变化。若时钟线高电平时，允许数据变化，那数据线传个高电平，就匹配了停止信号的时序。这时候，I2C总线就会强制结束工作状态，进入空闲状态。

　　所以，在起始信号后，需要把时钟线拉低，才能传输数据。

　　而数据变化后，需要拉高时钟线，此时即便数据线上是1，也不会触发停止信号。停止信号是拉高时钟线在前，而这个可能情况是，数据线拉高之后才拉高时钟线，所以并不冲突。时钟线拉高，是为了保持数据稳定，此时是不允许数据改变的，确保传输的1位数据不会出错。之后，时钟线再拉低时，稳定的一位数据已经传输成功了。这个时候，才再次允许数据变化。