什么是I2C 总线

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I2C总线接口详解

应用领域拓展
智能家居
i2c总线接口在智能家居领域的应用不断拓展，如智能照明、智能安防等。
工业控制
i2c总线接口在工业控制领域的应用也越来越广泛，如传感器数据采集、电机控制等。
医疗设备
随着医疗技术的进步，i2c总线接口在医疗设备领域的应用也在逐步增加，如医疗监测设备、医疗机器人等。
未来展望
标准化
i2c总线接口详解
• i2c总线接口概述 • i2c总线接口工作原理 • i2c总线接口硬件设计 • i2c总线接口软件编程 • i2c总线接口常见问题及解决方案 • i2c总线接口发展趋势与展望
01
i2c总线接口概述
i2c总线接口定义
I2C总线是一种串行总线，用于连接微控制器和各种外围设备。它由两条线组成：一条是数据线（SDA），另一条是时钟线（SCL）。
I2C总线允许多个主设备同时工作，提高了系统
的灵活性。
I2C总线具有强大的寻址能力，可以连接多个外
围设备。
i2c总线接口应用场景
传感器接口
I2C总线可以方便地连接各种传感器，如温度传感器、光传感器等。
存储器接口
I2C总线可以连接各种类型的存储器，如EEPROM、RAM等。
实时时钟
I2C总线的实时时钟（RTC）外围设备可以用于提供系统时间。
根据设备地址的寻址方式，选择合适的寻址模式，以实现正确的设备寻址。
寻址操作
发送设备地址
在开始数据传输之前，主设备需要发送目标设备的地址，以标识要与之通信的设备。
接收应答信号
主设备发送地址后，等待从设备返回的应答信号，以确认从设备已准备好进行数据传输。
发送操作指令
主设备根据需要发送相应的操作指令，如读或写，以指示接下来的数据传输方向。

I2C总线简介(很经典)

I2C总线简介1.概述：I²C是Inter-Integrated Circuit的缩写，发音为"eye-squared cee" or"eye-two-cee", 它是一种两线接口。

I²C 只是用两条双向的线，一条 Serial Data Line (SDA) ，另一条Serial Clock (SCL)。

SCL：上升沿将数据输入到每个EEPROM器件中；下降沿驱动EEPROM器件输出数据。

(边沿触发)SDA：双向数据线，为OD门，与其它任意数量的OD与OC门成"线与"关系。

2.输出级每一个I2C总线器件内部的SDA、SCL引脚电路结构都是一样的，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。

其中输出为漏极开路的场效应管，输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器，这种电路具有两个特点：1)由于SDA、SCL为漏极开路结构(OD)，因此它们必须接有上拉电阻,阻值的大小常为1k8, 4k7 and 10k ，但1k8 时性能最好；当总线空闲时，两根线均为高电平。

连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线"与"关系。

2)引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测，检测是否与刚才输出一致，为"时钟同步"和"总线仲裁"提供了硬件基础。

3.主设备与从设备系统中的所有外围器件都具有一个7位的"从器件专用地址码"，其中高4位为器件类型，由生产厂家制定，低3位为器件引脚定义地址，由使用者定义。

主控器件通过地址码建立多机通信的机制，因此I2C总线省去了外围器件的片选线，这样无论总线上挂接多少个器件，其系统仍然为简约的二线结构。

终端挂载在总线上，有主端和从端之分，主端必须是带有CPU的逻辑模块，在同一总线上同一时刻使能有一个主端，可以有多个从端，从端的数量受地址空间和总线的最大电容 400pF的限制。

I2C总线原理及应用实例

I2C总线原理及应用实例I2C总线是一种串行通信总线，全称为Inter-Integrated Circuit，是Philips（飞利浦）公司在1982年推出的一种通信协议。

它可以用于连接各种集成电路（Integrated Circuits，ICs），如处理器、传感器、存储器等。

I2C总线的原理是基于主从架构。

主设备（Master）负责生成时钟信号，并发送和接收数据，从设备（Slave）通过地址识别和响应主设备的命令。

I2C总线使用两根线来传输数据，一根是时钟线（SCL），用于主设备生成的时钟信号；另一根是数据线（SDA），用于双向传输数据。

1. 主设备发送起始位（Start）信号，将SDA线从高电平拉低；然后通过SCL线发送时钟信号，用于同步通信。

2.主设备发送从设备的地址，从设备通过地址识别确定是否响应。

3.主设备发送要传输的数据到从设备，从设备响应确认信号。

4. 主设备可以继续发送数据，或者发送停止位（Stop）信号结束通信。

停止位是将SDA线从低电平拉高。

1.温度监测器：I2C总线可以连接到温度传感器上，通过读取传感器的输出数据，进行温度的监测和控制。

主设备可以设置警报阈值，当温度超过阈值时，可以触发相应的措施。

2.显示屏：很多智能设备上的显示屏都采用了I2C总线，如液晶显示屏（LCD）或有机发光二极管（OLED）等。

主设备通过I2C总线发送要显示的信息，并控制显示效果，如亮度、对比度、清晰度等参数。

3.扩展存储器：I2C总线可以用于连接外部存储器，如电子存储器（EEPROM）。

通过I2C总线，可以读取和写入存储器中的数据，实现数据的存储和传输。

4.触摸屏控制器：许多触摸屏控制器也使用了I2C总线，主要用于将触摸信号传输给主设备，并接收主设备的命令。

通过I2C总线，可以实现对触摸屏的操作，如单击、滑动、缩放等。

5.电源管理器：一些电源管理器也采用了I2C总线，用于控制和监测电池电量、充电状态、电压、电流等参数。

I2C总线及SPI规范

如果R/W 位是0 则第二个字节是10 位从机地址剩下的8 位,如果R/W 位是1 则下一个字节是从机发送给主机的数据
10 位寻址的格式
主机将10 位从机地址发送到从机
传输的方向不改变 ,当起始条件后有10 位地址时每个从机将从机地址第一个字节的头7 位11110XX 与自己的地址比较,并测试看第8 位R/W 方向位是否为0 ,此时很可能超过一个器件发现地址相同并产生一个响应A1, 所有发现地址相同的从机将从机地址第2个字节的8位XXXXXXXX 与自己的地址比较。此时只有一个主机发现地址相同并产生一个响应A2 ，匹配的从机将保持被主机寻址直到接收到停止条件P 或从机地址不同的重复起始条件Sr。
传输数据
响应：
数据传输必须带响应，相关的响应时钟脉冲由主机产生，在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA 线高。在响应的时钟脉冲期间接收器必须将SDA 线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。
仲裁和时钟发生
仲裁过程中的时钟同步：
产生的同步SCL 时钟的低电平周期由低电平时钟周期最长的器件决定，而高电平周期由高电平时钟周期最短的器件决定，如下图：
SPI接口简介
SPI的通信以主从方式工作，这种模式通常有1个主设备和 1个或多个从设备，一般需要4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。其也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)，SDO(数据输出)，SCLK(时钟)，CS(片选) 。CS 决定了唯一的与主设备通信的从设备，如没有CS 信号，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯。由SCLK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成1位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为1次)，就可以完成8位数据的传输。

I2C总线

I2C总线
双向二线制同步串行总线
01 工作原理
03 数据传输
目录
02 特征 04 模式
基本信息
I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件．在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下．主机负责产生定时时钟和终止数据传送。
6、连接到总线的外部上拉器件必须调整以适应快速模式I2C总线更短的最大允许上升时间。对于负载最大是 200pF的总线，每条总线的上拉器件可以是一个电阻，对于负载在200pF~400pF之间的总线，上拉器件可以是一个电流源（最大值3mA）或者是一个开关电阻电路。
高速模式
高速模式（Hs模式）器件对I2C总线的传输速度有巨大的突破。Hs模式器件可以在高达3.4Mbit/s的位速率下传输信息，而且保持完全向下兼容快速模式或标准模式（F/S模式）器件，它们可以在一个速度混合的总线系统中双向通讯。
Hs模式传输除了不执行仲裁和时钟同步外，与F/S模式系统有相同的串行总线协议和数据格式。
高速模式下I2C总线规范如下：
1、Hs模式主机器件有一个SDAH信号的开漏输出缓冲器和一个在SCLH输出的开漏极下拉和电流源上拉电路。这个电流源电路缩短了SCLH信号的上升时间，任何时候在Hs模式，只有一个主机的电流源有效；

I2C总线协议及工作原理

I2C总线协议及工作原理I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信总线协议，由Philips公司提出，适用于在电路板上连接各种集成电路的短距离通信。

I2C总线协议的工作原理是基于主从结构的，其中一个设备作为主设备，其他设备作为从设备。

主设备负责发起通信操作，而从设备则被动响应主设备的指令。

主设备在总线上发出启动信号，然后发送器件地址。

发起通信的主设备控制总线的速度和时序，并且主设备确定读写的类型。

从设备根据地址进行匹配，并根据主设备请求的读写进行响应。

通信完成后，主设备会发送停止信号释放总线。

在I2C总线上，每个设备都有一个唯一的7位或10位地址。

主设备在传输数据之前，会发送起始信号，这个信号告诉从设备通信即将开始。

随后主设备会发送一个地址字节，包含了要通信的从设备的地址和读写控制位。

如果从设备的地址和发送的地址匹配，从设备会发送一个应答（ACK）信号，表示准备好接收数据。

主设备然后才开始发送或接收数据。

数据在I2C总线上传输是以字节为单位的，并且每个字节之后都会有一个应答信号。

主设备负责设置时钟线的电平来控制数据的传输，而从设备负责读取或发送数据位。

在读取数据时，主设备会发送应答位，如果从设备准备好读取下一个字节，会发送应答信号；反之，如果从设备不准备好，会发送非应答信号。

在I2C总线上，主设备还可以使用多主模式，允许多个主设备操作相同的总线。

当多个主设备在通信总线上发起通信时，总线的冲突可能会发生。

为了解决这个问题，I2C总线使用了仲裁机制。

仲裁机制根据优先级决定那个设备能够继续发送数据，优先级高的设备可以中断优先级低的设备的传输，从而保证通信的顺利进行。

总结起来，I2C总线协议是一种简单、高效的串行通信协议。

它通过两根线实现设备之间的通信，并且支持多主模式。

它的工作原理是基于主从结构，主设备发起通信，从设备被动响应。

通过仲裁机制，解决了多主模式下的冲突问题。

描述i2c总线数据传输的过程

描述i2c总线数据传输的过程I2C总线是一种串行通信协议，用于连接微控制器和外设。

它是由Philips公司于1980年代开发的，现在已经成为一种标准的总线协议。

I2C总线可以连接多个设备，并且可以通过软件进行编程，实现数据传输、控制和监测等功能。

在本文中，我们将详细描述I2C总线数据传输的过程。

一、I2C总线的基本概念1. I2C总线的定义I2C总线是一种简单、高效、低成本的串行通信协议，用于连接微控制器和外设。

它采用双向传输方式，可以实现多主机、多从机的通信。

2. I2C总线的基本构成I2C总线由两根信号线组成：SCL（时钟）和SDA（数据）。

其中SCL为时钟信号线，SDA为数据信号线。

时钟信号由主机产生，并且同步所有设备的操作。

3. I2C总线的工作原理I2C总线采用主从式通信方式。

主机发送起始位和停止位，在此期间，从机只能被动响应。

主机发送数据时，从机必须进行确认应答；反之亦然。

二、I2C总线数据传输的过程1. I2C总线的起始位和停止位I2C总线的起始位是SDA从高电平变为低电平，同时SCL保持高电平。

停止位是SDA从低电平变为高电平，同时SCL保持高电平。

2. I2C总线的数据传输方式I2C总线采用两种数据传输方式：字节传输和位传输。

字节传输是指每次传输8个二进制数位，即一个字节；而位传输是指每次只传输一个二进制数位。

3. I2C总线的主机发送数据过程主机发送数据时，首先发送器件地址和读写标志。

如果要读取设备的数据，则读写标志为1；如果要向设备写入数据，则读写标志为0。

然后主机发送数据，并等待从机响应确认应答。

4. I2C总线的从机接收数据过程当从机接收到主机发送的地址和读写标志后，如果地址匹配，则向主机发送确认应答信号。

然后从机接收主机发送的数据，并返回确认应答信号。

5. I2C总线的从机发送数据过程当从机需要向主机发送数据时，首先等待主机请求，并返回确认应答信号。

然后从机将需要发送的数据通过SDA信号线依次发送给主机，并等待主机响应确认应答。

I2C总线

IC卡技术及其应用
速率
标准模式下，100kb/s 高速模式下，400kb/s
I2C总线
I2C总线上的数据位传送
SCL高电平时，SDA上必须保持有稳定的逻辑电平状态
高电平为数据1，低电平为数据0
SCL低电平时，允许SDA的电平状态变化
I2C总线
I2C总线上的数据位传送
I2C总线
三种类型信号
起始信号
SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据
从器件
接收控制字节的器件则被称为从器件
任一器件都可以作为主器件或从器件
I2C总线
I2C总线的基本操作——控制字节
在起始信号之后 bit7～bit4，器件的类型识别符 bit3～bit1，片选 bit0，读、写选择位
1为读操作，0为写操作
I2C总线
I2C总线的基本操作——写操作
写字节、写页操作时序
I2C总线
I2C总线的基本操作——读操作
随机读
读取指定地址的数据
当前地址读
读取当前地址的数据
顺序读
读取连续的数据
I2C总线
I2C总线的基本操作——读操作
操作时序
I2C总线
与MCS-51系列单片机接口
P1和）上拉至5V电源或者用P0或P2口按位控方式
停止信号
SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，终止传送数据
I2C总线
三种类型信号
应答信号
接收数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数据的器件发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据
I2C总线
串行总线上的数据通信
I2C总线
I2C总线的基本操作——器件概念
主器件

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I2C总线原理
♦什么是I2C总线？
I2C即Inter IC，由Philips公司开发，是当今电子设计中应用非常广泛的串行总线之
一，主要用于电压、温度监控，EEPROM数据的读写，光模块的管理等。

I2C总线只有两根线，SCL和SDA，SCL即Serial Clock，串行参考时钟，SDA即Serial Data，
串行数据。

♦I2C总线的速率能达到多少？
标准模式下：100Kbps
快速模式下：400Kbps
高速模式下：3.4Mbps
I2C总线结构如下图所示：
 如上图所示，I2C是OC或OD输出结构，使用时必须在芯片外部进行上拉，上拉电阻R的取值根据I2C总线上所挂器件数量及I2C总线的速率有关，一般是标准模式下R选择10kohm，快速模式下R选取1kohm，I2C总线上挂的I2C器件越多，就要求I2C的驱动能力越强，R的取值就要越小，实际设计中，一般是先选取4.7kohm上拉电阻，然后在调
试的时候根据实测的I2C波形再调整R的值。

♦I2C总线上最多能挂多少个I2C器件？
I2C总线上允许挂接
I2C器件的数量由两个条件决定：
1).I2C从设备的地址位数。

I2C标准中有7位地址和10位地址两种。

如果是7位地址，允许挂接的I2C器件数量为：27＝128，如果是10位地址，允许挂接的I2C器件数量为：210＝1024，一般I2C总线上挂接的I2C器件不会太多，所以现在几乎所有的I2C器件都使用7
位地址。

2).挂在I2C总线上所有I2C器件的管脚寄生电容之和。

I2C总线规范要求，I2C总线
容性负载最大不能超过470pF。

♦I2C总线是如何工作的？
1).I2C总线传输的特点。

I2C总线按字节传输，即每次传输8bits二进制数据，传输完毕后等待接收端的应答信号ACK，收到应答信号后再传输下一字节。

等不到ACK信号后，传输终止。

空闲情况下，
SCL和SDA都处于高电平状态。

2).如何判断一次传输的开始？
如上图所示，I2C总线传输开始的标志是：SCL信号处于高电平期间，SDA信号出现
一个由高电平向低电平的跳变。

3).如何判断一次传输的结束？
如上图所示，I2C总线传输结束的标志是：SCL信号处于高电平期间，SDA信号出现一个由低电平向高电平的跳变。

跟开始标识正好相反。

4).什么样的I2C数据才是有效的。

在SCL处于高电平期间，SDA保持状态稳定的数据才是有效数据，只有在SCL处于低电平状态时，SDA才允许状态切换。

前面已经讲过了，SCL高电平期间，SDA状态发生改
变，是传输开始/.结束的标志。

♦I2C总线的主要时序
参数有哪些？
I2C总线的主要时序参数有：开始建立时间t SU:STA，开始保持时间t HD:STA，数据建立时间t SU:DAT，数据保持时间t SU:DAT ，结束建立时间t SU:STO 。

如下图所示：
 开始建立时间：SCL 上升至幅度的90%与SDA下降至幅度的90%之间的时间间隔；
开始保持时间：SDA下降至幅度的10%与SCL下降至幅度的10%之间的时间间隔；数据建立时间：SDA上升至幅度的90%或SDA下降至幅度的10%与SCL上升至幅度
的10%之间的时间间隔；
数据保持时间：SCL下降至幅度的10%与SDA上升至幅度的10%或SDA下降至幅度
的90%之间的时间间隔；
结束建立时间：SCL上升至幅度的90%与SDA上升至幅度的90%之间的时间间隔；
I2C总线的时序参数要求：
♦I2C总线如何进行读写操作？
如上图所示，I2C开始传输时，第一个字节的前7bit是地址信息(7位地址器件)，第8bit 是操作标识，为“0”时表示写操作，为“1”时表示读操作，第9个时钟周期是应答信号ACK，低有效，高电平表示无应答，传输终止。

在上图中还可以看出，正常情况下，写操作是I2C主设备方发起终止操作的，而读操作时，I2C主控制器在接收完最后一个数据后，
不对从设备进行应答，传输终止。

♦I2C总线案例分析
<SPAN style="FONT-SIZE: 12pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman';
mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt;
mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;
mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'"> 问题描述：
在测试某I2C总线时，发现SDA数据线上有毛刺，而且出现的位置很有规律，一般在第9，18，27-----时钟周期的后面。

如下图所示。

问题分析：


如上图所示，t1是I2C总线上的Slave设备应答信号ACK(第9个时钟周期输出)相对与参考时钟SCL下降沿的滞后时间。

数据方向是Slave-->Master。

t 2是I2C总线上的Master 设备在第10个时钟输出相对了参考时钟SCL的滞后时间。

数据方向是Master-->Slave。

∆t是Master设备与Slave设备输出数据延迟的时间差。

Master设备发出最后一个bit数据后，总线的使用权交给Slave设备使用，由Slave设备发出应答信号ACK，该信号在SCL下降沿经t1延迟后发出，在SCL的下一个时钟沿后内经t1后结束。

而Master设备在同一个时钟沿，经常t2延迟后发出第9bit数据，这样在∆t (t2-t1)时间内，Master和Slave设备都没有使用总线，由于SDA是OC/OD输出，芯片外面通过电阻R上拉到VCC，将SDA电平拉升，但是由于∆t很短，VCC还没来的及将SDA拉
到稳定的高电平，Master就开始发出数据“。