I2C基础
I2C基础
- 1 基本介绍
- 2 特点
- 3 硬件连接
- 4 通信
- 4.1 控制器
- 4.2 协议
- 5 SPI VS I2C
1 基本介绍
I²C (Inter-Integrated Circuit)。内部集成电路。拥有两根线，一根数据线SDA和一根时钟线SCL。
这两条线都是漏极开路或者集电极开路结构，使用时需要外加上拉电阻，可以挂载多个设备。每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。其中，主动发起操作的一方为主机，另外一方为从机。I2C规定通信时的时钟，起始信号，停止信号只能由主机产生。
示意图如下
连接到相同总线上的IC数量只受总线最大电容400pF的限制，最多可挂112个设备，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。I2C是半双工模式。
2 特点
- 只使用两条信号线，传输距离短
- 支持多主机多从机
- 有应答机制
- 极低的电流消耗．抗高噪声干扰。
- 速率比SPI慢。
- IIC 是多主设备的总线
3 硬件连接
EEPROM一般与I2C连接，下面是常用的一种连接方式。
SCL、SDA的上拉电阻由这两个引脚的灌电流决定，保证其高低电平都满足要求。
犹豫I2C通信速率比较慢，所以在与CPU连接时，可用GPIO模拟，比较灵活。
4 通信
4.1 控制器
STM32的I2C控制器框图如下：
4.2 协议
I2C协议包括以下状态：
- 空闲状态：SDA\SCL均为高电平，总线空闲
- 开始信号：SCL为高电平，SDA的电平由高跳到低表示开始信号。
- 终止信号：SCL为高电平，SDA的电平由低跳到高表示终止信号。
- 应答信号：接收器反馈应答信号，应答信号为低电平，则为有效应答位，表示成功接收。
- 数据有效性
- 数据传输
IIC协议规定：
- 每一支IIC设备都有一个唯一的七位设备地址；
- 数据帧大小为8位的字节；
- 数据（帧）中的某些数据位用于控制通信的开始、停止、方向（读写）和应答机制。
- IIC协议标准规定发起通信的设备称为主设备，主设备发起一次通信后，其它设备均为从设备。
- 总线上有1个主设备和多个从设备，当一个从设备响应后，其他从设备不能进行通信。
当没有数据传输的时候，两根总线都为高电平；数据传输开始时，需要发送一个起始信号；数据传输结束后，需要发送一个终止信号；每8bit数据传输结束，都需要一个ACK。起止信号都由Master发出，而ACK则可能由Master或者SLAVE来发出。
ACK和NACK
数据传输时先传MSB（most significant bit）最高有效位。接收者在每个字节后的第9个时钟周期将SDA保持低电平进行确认数据接收成功；而在第9个时钟周期将SDA保持高电平表示数据传输出错，或者主机不再想接收数据。
主机给从机写数据的过程如下：
主机从从机读数据过程如下：
5 SPI VS I2C
- SPI使用线多，硬件资源占的多
- SPI全双工，所以传的快，通常能达到甚至超过10 Mbps，而I2C最快3.4 Mbps。
- SPI适合数据流应用，而IIC更适合“字节设备”的多设备应用。