I2C總線物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)_I2C總線協(xié)議解析

I2C總線物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

I2C 總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行數(shù)據(jù)線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來 產(chǎn)生I2C總線協(xié)議所需要的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。在總線空閑狀態(tài)時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

I2C總線特征

I2C總線上的每一個設(shè)備都可以作為主設(shè)備或者從設(shè)備，而且每一個設(shè)備都會對應(yīng)一個唯一的地址(可以從I2C器件的數(shù)據(jù)手冊得知)，主從設(shè)備之間就通過這 個地址來確定與哪個器件進(jìn)行通信，在通常的應(yīng)用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作為主設(shè)備，把掛接在總線上的其他設(shè)備都作為從設(shè)備。

I2C總線上可掛接的設(shè)備數(shù)量受總線的最大電容400pF 限制，如果所掛接的是相同型號的器件，則還受器件地址位的限制。

I2C總線數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，快速模式下可達(dá)400kbit/s，高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s。一般通過I2C總線接口可編程時鐘來實現(xiàn)傳輸速率的調(diào)整，同時也跟所接的上拉電阻的阻值有關(guān)。

I2C總線上的主設(shè)備與從設(shè)備之間以字節(jié)(8位)為單位進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。

I2C總線協(xié)議

I2C協(xié)議規(guī)定，總線上數(shù)據(jù)的傳輸必須以一個起始信號作為開始條件，以一個結(jié)束信號作為傳輸?shù)耐Ｖ箺l件。起始和結(jié)束信號總是由主設(shè)備產(chǎn)生。總線在空閑狀態(tài) 時，SCL和SDA都保持著高電平，當(dāng)SCL為高電平而SDA由高到低的跳變，表示產(chǎn)生一個起始條件；當(dāng)SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產(chǎn)生一個 停止條件。在起始條件產(chǎn)生后，總線處于忙狀態(tài)，由本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲝脑O(shè)備獨占，其他I2C器件無法訪問總線；而在停止條件產(chǎn)生后，本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲝脑O(shè)備 將釋放總線，總線再次處于空閑狀態(tài)。如圖所示：

在了解起始條件和停止條件后，我們再來看看在這個過程中數(shù)據(jù)的傳輸是如何進(jìn)行的。前面我們已經(jīng)提到過，數(shù)據(jù)傳輸以字節(jié)為單位。主設(shè)備在SCL線上產(chǎn)生每個 時鐘脈沖的過程中將在SDA線上傳輸一個數(shù)據(jù)位，當(dāng)一個字節(jié)按數(shù)據(jù)位從高位到低位的順序傳輸完后，緊接著從設(shè)備將拉低SDA線，回傳給主設(shè)備一個應(yīng)答位， 此時才認(rèn)為一個字節(jié)真正的被傳輸完成。當(dāng)然，并不是所有的字節(jié)傳輸都必須有一個應(yīng)答位，比如：當(dāng)從設(shè)備不能再接收主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)時，從設(shè)備將回傳一個否 定應(yīng)答位。數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如圖所示：

在前面我們還提到過，I2C總線上的每一個設(shè)備都對應(yīng)一個唯一的地址，主從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸是建立在地址的基礎(chǔ)上，也就是說，主設(shè)備在傳輸有效數(shù)據(jù)之前 要先指定從設(shè)備的地址，地址指定的過程和上面數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程一樣，只不過大多數(shù)從設(shè)備的地址是7位的，然后協(xié)議規(guī)定再給地址添加一個最低位用來表示接下來 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍?表示主設(shè)備向從設(shè)備寫數(shù)據(jù)，1表示主設(shè)備向從設(shè)備讀數(shù)據(jù)。如圖所示：

I2C總線操作
對I2C總線的操作實際就是主從設(shè)備之間的讀寫操作。大致可分為以下三種操作情況：
第一，主設(shè)備往從設(shè)備中寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：

第二，主設(shè)備從從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：

第三，主設(shè)備往從設(shè)備中寫數(shù)據(jù)，然后重啟起始條件，緊接著從從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)；或者是主設(shè)備從從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)，然后重啟起始條件，緊接著主設(shè)備往從設(shè)備中寫數(shù)據(jù)。這種操作在單個主設(shè)備系統(tǒng)中，重復(fù)的開啟起始條件機(jī)制要比用STOP終止傳輸后又再次開啟總線更有效率。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：