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什么是集成電路（I2C）？

Ⅰ. 什么是I2C？

飛利浦發(fā)明的I2C 總線，是一種簡單的雙向雙線同步串行總線。在連接到總線的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)只需要兩根線。

主設(shè)備用于打開設(shè)備進行傳輸，并啟動總線進行數(shù)據(jù)傳輸。此時，任何尋址設(shè)備都被視為從設(shè)備。總線上，主從、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的關(guān)系并不是恒定不變的，但它確實依賴于當(dāng)時的數(shù)據(jù)傳輸方向。如果主機希望向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，則首先尋址從設(shè)備，然后主動向從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，最后結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸；如果主機希望從從設(shè)備接收數(shù)據(jù)，則主設(shè)備首先尋址從設(shè)備。然后，主機在終止接收操作之前接收設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。在這些條件下。時間時鐘由主機產(chǎn)生，數(shù)據(jù)傳輸由主機終止。

二、I2C發(fā)展簡史

在 1980 年，開始研發(fā)通訊總線，以連接各種低速設(shè)備（飛利浦芯片）。

1982年，最初的版本使用100KHz的通信速率，提供7位地址，并將總線上的設(shè)備數(shù)量限制為112個（有幾個保留地址）。

1992年，發(fā)布了第一個規(guī)范，增加了400kHz的快速模式和擴展的10位地址空間。

1998年，隨著技術(shù)的進步，對通信速率的要求越來越高，達到了高速的3.4 MHz，后來又升級到5 MHz，并采用差分信號來提高抗噪性。

Ⅲ.I2C基本內(nèi)容

I2C ：內(nèi)部集成電路，字面意思是集成電路之間，是 I2C 總線的縮寫。

I2C只需要兩根線，可支持多達1008個從設(shè)備進行同步串行通信。

I2C

I2C雙線信號

每個I2C 總線由兩個信號組成： SCL 時鐘和 SDA 數(shù)據(jù)。本總線主控器在任何時候都產(chǎn)生時鐘信號。

I2C總線驅(qū)動程序與和spi不同，是開路漏(如果您不知道開漏意味著什么)，這意味著他們可以將適當(dāng)?shù)男盘柧€畫得低一些，但不能把它開高。

當(dāng)沒有設(shè)備將信號壓低時，每個信號線上的上拉電阻將信號恢復(fù)到高電平。

I2C的信號

I2C信號

信號電平

的I2C 總線信號電平通常在5到3.3伏之間?？偩€上的設(shè)備，如果與這兩個級別兼容，就可以直接利用。

如果信號電壓相差很大（5V和2.5V），或者電平不兼容，電平轉(zhuǎn)換是必不可少的。

Ⅳ. I2C總線開發(fā)設(shè)計中需要注意的事項

1. 總線容量和驅(qū)動能力

由于I2C 總線的外圍擴展器件均為 CMOS 器件，且總線具有足夠的電流驅(qū)動能力，因此總線上擴展節(jié)點的數(shù)目由電容負載決定，而不是由電流負載能力決定。

總線上的每個實際節(jié)點設(shè)備在其總線接口處都有一個等效電容。由于類似電容，總線傳輸會延遲，造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤。

總線負載能力通常為400pF，每個I2C設(shè)備都有自己的電容值，通常不超過20pF，從中可以估計總線長度和節(jié)點數(shù)量。由于總線上的每一個外圍設(shè)備都有一個設(shè)備地址，設(shè)備地址也限制了總線上外圍設(shè)備的擴展。

2. I2C總線的電氣結(jié)構(gòu)

內(nèi)部I2C總線接口是一個雙向傳輸電路，如圖所示，由于I2C總線是一種雙向同步串行總線。因為總線端口的輸出具有開漏結(jié)構(gòu)，上拉電阻必須安裝在總線上。電源電壓、SDA、SCL和總線串聯(lián)電阻都受到上拉電阻，如需選擇，請參閱適用的數(shù)據(jù)表，其范圍通常為4.7K至10K。

典型應(yīng)用程序.png

典型應(yīng)用

3. 每個節(jié)點都有一個固定的節(jié)點地址。

因為I2C總線是一個雙向同步串行系統(tǒng)，總線上的一個單片機可以作為主節(jié)點，其設(shè)備地址由軟件給出并保存在總線的地址寄存器中，這被稱為主設(shè)備的從地址。單片機作為多主總線系統(tǒng)中的從節(jié)點時，它的從地址是有意義的，從而使總線上的所有外圍設(shè)備都有標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備地址。

4. I2C總線定時

在I2C接口上傳輸?shù)拿恳粠瑪?shù)據(jù)的長度都是一個字節(jié)。然而，一旦總線啟動，就沒有對可以通信的字節(jié)數(shù)量的限制；所需要的只是另一方確認傳輸?shù)拿總€字節(jié)。最重要的信息塊在發(fā)送時首先傳輸。每次傳輸在開始時有一個開始信號，在結(jié)束時有一個停止信號。通過在總線已經(jīng)傳送了一個字節(jié)之后操縱時鐘線，可以停止傳輸。

1.時鐘和數(shù)據(jù)傳輸:

通常使用外部設(shè)備將SDA引腳拉高。當(dāng)SCL為低電平時，SDA引腳上的數(shù)據(jù)只能修改；當(dāng)SCL為高電平時，SDA引腳上的數(shù)據(jù)表示開始或停止?fàn)顟B(tài)。如圖所示

時鐘和數(shù)據(jù)傳輸。png

時鐘和數(shù)據(jù)傳輸

2.開始和結(jié)束條件：

啟動條件是具有SCL高的高到低SDA，它必須出現(xiàn)在任何其他命令之前。停止條件是低到高的SDA和SCL高。停止指令將在讀序列后，EEPROM進入待機模式，如圖所示。

開始和結(jié)束條件.png

開始和結(jié)束條件

3.回答：

所有的地址和數(shù)據(jù)字都以 8 位字的形式連續(xù)地發(fā)送到內(nèi)存芯片。確認收到每個字，通過發(fā)送一個“0.” 如圖所示，確認發(fā)生在第九時鐘周期。

答：巴布亞新幾內(nèi)亞

回答

I2C版本歷史記錄

五、設(shè)計實例

在AT24C256是一個 256kbit 串行電可編程只讀存儲器從在一個 8 引腳雙列直插式設(shè)備封裝一個小結(jié)構(gòu)，大量的存儲容量，以及其他功能，可在 2 線總線利用。將其中四個IC串聯(lián)起來，創(chuàng)建一個具有大容量數(shù)據(jù)存儲需求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。