I2C知识总结

I2C(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)
　　I2C总线为PHILIPS公司推出的串行通信总线，具有接线少，控制方式简单，通信速率高等优点。采用数据线SDA和时钟线SCL构成通信线路，各器件可通过并联到总线上实现数据收发，器件间彼此独立，通过唯一的总线地址区分。传输数据时每个字节后需带一个响应位。

三种I2C传输模式：标准模式传输速率100k bit/s，快速模式传输速率400k bit/s，高速模式可达3.4M bits/s（一般设备不支持）。

单片机模拟I2C程序：（点我）

拓展：上拉电阻选择：(下文转自致远电子技术专题–I²C总线上拉电阻阻值如何选择？)
　　I2C总线上各器件都采用漏极开路的形式与总线连接，因此SCL和SDA均需接上拉电阻，才能输出高电平。

图:I2C总线内部结构
　　I2C规范将低于VIL或低于0.3VDD的电压定义为逻辑低电平，同样将高于VIH或高于0.7VDD的电压定义为逻辑高电平，如下图所示：

图:指定为逻辑高电平和逻辑低电平的电压电平
　　电源电压限制了可允许总线拉低的最小上拉电阻值，过强的上拉会阻止器件充分拉低拉线的电平，导致无法确保逻辑低电平能被检测到。在输出级V_OLmax=0.4V 时指定I_OL为3mA，允许总线电压拉低的最小上拉电阻公式：
Rpmin=VDD(min)−VOL3mA
VDD 与 Rp 的函数关系分别如下图所示：

图 ：Rp 的最小值是电压的函数
　　由于端口的输出的高电平是通过上拉电阻实现，线上的电平从低变到高时，电源通过上拉电阻对线上负载电容CL充电，这需要一定的时间，即上升时间，上拉电阻的最大值由总线容限负载决定，总线负载图如下图所示：

总线负载结构图
　　总线电容主要由引脚、连接、PCB走线和导线等因素引起，总线电容与上拉电阻R具有一个RC时间常数，随着I2C通信速率的增加，该常数变得越发重要。通过电阻对电容进行充电的一般公式：
V(t)=VDD(1−e−tRpC)
　　重新排列，得:
t=−RCln(1−V(t)VDD)
　　之后我们可计算电压上升至VIL的时间T1、上升至VHL的时间T2以及精确计算两个电平之间的时间TR，如图5所示。由于VIL与VHL都是有V_DD产生，因此该公式与电源电压无关，V_DD项已抵消。

总线电平上升时间
　　求解，
VIL=0.3∗VDD 得 T1=0.356675RpC
VIH=0.7∗VDD 得 T2=1.203970RpC
TR=T1−T1=0.847298RpC
　　在I2C标准模式下，100Kbps总线的负载最大容限小于等于400pF；快速模式，400Kbps总线的负载最大容限小于等于200pF，快速模式下I2C总线上升时间更快，总线上拉电阻要比标准模式小，设计时以快速模式50Pf~200pF为参考，由上面（6）式得最大Rp值与总线电容的关系如下图所示：

图: 符合快速模式I2C总线TRmax要求的Rp最大值是总线电容的函数
　　由上面的计算可得出上拉电阻RP可以取的范围是1.53K~7K @VDD = 5V，一般取5.1K ，综合到3.3V VDD低功耗设计中，通常选用4.7K牺牲速度换取电池使用时间，此阻值也是常规阻值。
　　关于I2C的上拉电阻，最好的方式是看官方给出的参考设计，如果走线长了或总线上有多从机，就相应把电阻改小一些，如若参考设计没有就在计算范围内选用一个常规阻值。实际的时候我们没有去测量总线电容的问题，只能在选件、走线的时候给予些许关注。

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