I2C總線(xiàn)是由Philips公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線(xiàn)制同步串行總線(xiàn)。它只需要兩根線(xiàn)即可傳送信息。它結(jié)合了SPI和UART的優(yōu)點(diǎn)，您可以將多個(gè)從機(jī)連接到單個(gè)主機(jī)（如SPI那樣），也可以使用多個(gè)主機(jī)控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)。當(dāng)您想讓多個(gè)微控制器將數(shù)據(jù)記錄到單個(gè)存儲(chǔ)卡或?qū)⑽谋撅@示到單個(gè)LCD時(shí)，這將非常有用。

*SDA * (Serial Data) – 數(shù)據(jù)線(xiàn)。

***SCL ***(Serial Clock) – 時(shí)鐘線(xiàn)。

I2C是串行通信協(xié)議，因此數(shù)據(jù)沿著SDA一點(diǎn)一點(diǎn)地傳輸。與SPI一樣，I2C也需要時(shí)鐘同步信號(hào)且時(shí)鐘始終由主機(jī)控制。

工作原理

I2C的數(shù)據(jù)傳輸是以多個(gè)msg的形式進(jìn)行，每個(gè)msg都包含從機(jī)的二進(jìn)制 地址幀 ，以及一個(gè)或多個(gè) 數(shù)據(jù)幀 ，還包括開(kāi)始條件和 停止條件 ，讀/寫(xiě)位和數(shù)據(jù)幀之間的 ACK / NACK位 ：

啟動(dòng)條件 ： 當(dāng)SCL是高電平時(shí)，SDA從高電平向低電平切換。

停止條件 ： 當(dāng)SCL是高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平切換。

地址幀 ： 每個(gè)從屬設(shè)備唯一的7位或10位序列，用于主從設(shè)備之間的地址識(shí)別。

讀/寫(xiě)位 ： 一位，如果主機(jī)是向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)則為低電平，請(qǐng)求數(shù)據(jù)則為高電平。

ACK/NACK ： 消息中的每個(gè)幀后均帶有一個(gè)ACK/NACK位。如果成功接收到地址幀或數(shù)據(jù)幀，接收設(shè)備會(huì)返回一個(gè)ACK位用于表示確認(rèn)。

尋址

由于I2C沒(méi)有像SPI那樣的片選線(xiàn)，因此它需要使用另一種方式來(lái)確認(rèn)某一個(gè)從設(shè)備，而這個(gè)方式就是 —— **尋址 **。

主機(jī)將要通信的從機(jī)地址發(fā)送給每個(gè)從機(jī)，然后每個(gè)從機(jī)將其與自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，它將向主機(jī)發(fā)送一個(gè)低電平ACK位。如果不匹配，則不執(zhí)行任何操作，SDA線(xiàn)保持高電平。

讀/寫(xiě)位

地址幀的末尾包含一個(gè)讀/寫(xiě)位。如果主機(jī)要向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則為低電平。如果是主機(jī)向從機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，則為高電平。

數(shù)據(jù)幀

當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到從機(jī)的ACK位后，就可以發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)幀了。數(shù)據(jù)幀始終為8位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀后緊跟一個(gè)ACK / NACK位，來(lái)驗(yàn)證接收狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送完所有數(shù)據(jù)幀后，主機(jī)可以向從機(jī)發(fā)送停止條件來(lái)終止通信。

傳輸步驟

1. 在SCL線(xiàn)為高電平時(shí)，主機(jī)通過(guò)將SDA線(xiàn)從高電平切換到低電平來(lái)啟動(dòng)總線(xiàn)通信。
2. 主機(jī)向總線(xiàn)發(fā)送要與之通信的從機(jī)的7位或10位地址，以及讀/寫(xiě)位：

3. 每個(gè)從機(jī)將主機(jī)發(fā)送的地址與其自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，則從機(jī)通過(guò)將SDA線(xiàn)拉低一位返回一個(gè)ACK位。如果主機(jī)的地址與從機(jī)的地址不匹配，則從機(jī)將SDA線(xiàn)拉高。

4. 主機(jī)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)幀：

5. 傳輸完每個(gè)數(shù)據(jù)幀后，接收設(shè)備將另一個(gè)ACK位返回給發(fā)送方，以確認(rèn)已成功接收到該幀：

6. 隨后主機(jī)將SCL切換為高電平，然后再將SDA切換為高電平，從而向從機(jī)發(fā)送停止條件。

單個(gè)主機(jī)VS多個(gè)從機(jī)

由于I2C使用尋址功能，可以通過(guò)一個(gè)主機(jī)控制多個(gè)從機(jī)。使用7位地址時(shí)，最多可以使用128(2 ^7^ )個(gè)唯一地址。使用10位地址并不常見(jiàn)，但可以提供1,024(2 ^10^ )個(gè)唯一地址。如果要將多個(gè)從機(jī)連接到單個(gè)主機(jī)時(shí)，請(qǐng)使用4.7K歐的上拉電阻將它們連接，例如將SDA和SCL線(xiàn)連接到Vcc：

多個(gè)主機(jī)VS多個(gè)從機(jī)

I2C支持多個(gè)主機(jī)同時(shí)與多個(gè)從機(jī)相連，當(dāng)兩個(gè)主機(jī)試圖通過(guò)SDA線(xiàn)路同時(shí)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此每個(gè)主機(jī)都需要在發(fā)送消息之前檢測(cè)SDA線(xiàn)是低電平還是高電平。如果SDA線(xiàn)為低電平，則意味著另一個(gè)主機(jī)正在控制總線(xiàn)。如果SDA線(xiàn)高，則可以安全地發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要將多個(gè)主機(jī)連接到多個(gè)從機(jī)，請(qǐng)使用4.7K歐的上拉電阻將SDA和SCL線(xiàn)連接到Vcc：

優(yōu)劣

與其他協(xié)議相比，I2C可能聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜。以下是一些利弊，可幫助您確定它們是否適合您的項(xiàng)目需求：

優(yōu)點(diǎn)

• 僅使用兩根電線(xiàn)
• 支持多個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)
• ACK / NACK位用于確認(rèn)每個(gè)幀都已成功傳輸
• 硬件比UART更簡(jiǎn)單
• 眾所周知且被廣泛使用的協(xié)議

缺點(diǎn)

• 數(shù)據(jù)傳輸速率比SPI慢
• 數(shù)據(jù)幀的大小限制為8位