Ⅰ. 什么是I2C？

飞利浦发明的I2C 总线，是一种简单的双向双线同步串行总线。在连接到总线的设备之间传送数据只需要两根线。

主设备用于打开设备进行传输，并启动总线进行数据传输。此时，任何寻址设备都被视为从设备。总线上，主从、发送和接收数据的关系并不是恒定不变的，但它确实依赖于当时的数据传输方向。如果主机希望向从设备发送数据，则首先寻址从设备，然后主动向从设备传输数据，最后结束数据传输；如果主机希望从从设备接收数据，则主设备首先寻址从设备。然后，主机在终止接收操作之前接收设备发送的数据。在这些条件下。时间时钟由主机产生，数据传输由主机终止。

 

二、I2C发展简史

在 1980 年，开始研发通讯总线，以连接各种低速设备（飞利浦芯片）。

1982年，最初的版本使用100KHz的通信速率，提供7位地址，并将总线上的设备数量限制为112个（有几个保留地址）。

1992年，发布了第一个规范，增加了400kHz的快速模式和扩展的10位地址空间。

1998年，随着技术的进步，对通信速率的要求越来越高，达到了高速的3.4 MHz，后来又升级到5 MHz，并采用差分信号来提高抗噪性。

 

Ⅲ.I2C基本内容

I2C ：内部集成电路，字面意思是集成电路之间，是 I2C 总线的缩写。

I2C只需要两根线，可支持多达1008个从设备进行同步串行通信。

 

I2C

I2C双线信号

每个I2C 总线由两个信号组成： SCL 时钟和 SDA 数据。本总线主控器在任何时候都产生时钟信号。

I2C总线驱动程序与和spi不同，是开路漏(如果您不知道开漏意味着什么)，这意味着他们可以将适当的信号线画得低一些，但不能把它开高。

当没有设备将信号压低时，每个信号线上的上拉电阻将信号恢复到高电平。

 

I2C信号

信号电平

的I2C 总线信号电平通常在5到3.3伏之间。总线上的设备，如果与这两个级别兼容，就可以直接利用。

如果信号电压相差很大（5V和2.5V），或者电平不兼容，电平转换是必不可少的。

 

Ⅳ. I2C总线开发设计中需要注意的事项

1. 总线容量和驱动能力

由于I2C 总线的外围扩展器件均为 CMOS 器件，且总线具有足够的电流驱动能力，因此总线上扩展节点的数目由电容负载决定，而不是由电流负载能力决定。

总线上的每个实际节点设备在其总线接口处都有一个等效电容。由于类似电容，总线传输会延迟，造成数据传输错误。

总线负载能力通常为400pF，每个I2C设备都有自己的电容值，通常不超过20pF，从中可以估计总线长度和节点数量。由于总线上的每一个外围设备都有一个设备地址，设备地址也限制了总线上外围设备的扩展。

2. I2C总线的电气结构

内部I2C总线接口是一个双向传输电路，如图所示，由于I2C总线是一种双向同步串行总线。因为总线端口的输出具有开漏结构，上拉电阻必须安装在总线上。电源电压、SDA、SCL和总线串联电阻都受到上拉电阻，如需选择，请参阅适用的数据表，其范围通常为4.7K至10K。

 

典型应用

3. 每个节点都有一个固定的节点地址。

因为I2C总线是一个双向同步串行系统，总线上的一个单片机可以作为主节点，其设备地址由软件给出并保存在总线的地址寄存器中，这被称为主设备的从地址。单片机作为多主总线系统中的从节点时，它的从地址是有意义的，从而使总线上的所有外围设备都有标准化的设备地址。

4. I2C总线定时

在I2C接口上传输的每一帧数据的长度都是一个字节。然而，一旦总线启动，就没有对可以通信的字节数量的限制；所需要的只是另一方确认传输的每个字节。最重要的信息块在发送时首先传输。每次传输在开始时有一个开始信号，在结束时有一个停止信号。通过在总线已经传送了一个字节之后操纵时钟线，可以停止传输。

1.时钟和数据传输:

通常使用外部设备将SDA引脚拉高。当SCL为低电平时，SDA引脚上的数据只能修改；当SCL为高电平时，SDA引脚上的数据表示开始或停止状态。如图所示

时钟和数据传输

2.开始和结束条件：

启动条件是具有SCL高的高到低SDA，它必须出现在任何其他命令之前。停止条件是低到高的SDA和SCL高。停止指令将在读序列后，EEPROM进入待机模式，如图所示。

开始和结束条件

3.回答：

所有的地址和数据字都以 8 位字的形式连续地发送到内存芯片。确认收到每个字，通过发送一个“0.” 如图所示，确认发生在第九时钟周期。

回答

 

五、设计实例

在AT24C256是一个 256kbit 串行电可编程只读存储器从在一个 8 引脚双列直插式设备封装一个小结构，大量的存储容量，以及其他功能，可在 2 线总线利用。将其中四个IC串联起来，创建一个具有大容量数据存储需求的数据采集系统。

 AT24C256

通过EEPROM存储器可以接收和传输数据。连接到总线的每个设备都有自己唯一的地址。

当主机访问EEPROM时它将启动状态和控制信号发送到EEPROM存储器，以及红色标志信号来翻转数据传输和接收的方向。在从EEPROM得到响应信号之后，可以读出相关数据，

 

六.总结

通过上面的例子，我们可以知道I2C的优势主要表现在：

1. 硬件电路进行了精简。串行数据线（SDA）和串行时钟线是该总线（SCL）中唯一需要的线。

2. 总线上的每个I2C设备都有一个唯一的地址，软件可以用它来寻址。

3. 由于总线上可能有许多主 I2C 设备，I2C 总线接口协议包括冲突监视和仲裁机制，以防止数据丢失或通信故障。

4. 这种串行双线双向总线的标准模式为100k bi t/s，快速模式为400k bi t/s，高速模式为3.4 mbit/s。

5. I2C器件采用滤波和抗干扰技术，保证了数据的完整性。

6. 总线的容抗不能超过400pF，因为连接到它的设备数量是有限的。