【原创】【I2C】I2C介绍

                            

一、这是个什么玩意

I2C首先它也是一个通信接口，同理通信接口就是用于模块之间的通信的，同SPI接口学习思路一样，首先明白它是一个接口，然后再扣它是一个怎么样的接口。

I2C(Inter－Integrated Circuit)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（当然设备必须得支持I2C接口）。具体在应用的时候总线上的设备节点分为主机和从机两种角色。

在物理上传统标准的I2C接口定义：

除去地线外，人们常说的只有两根线：SDA和SCL，SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）都是双向I/O线。

下面部分内容参考百度百科https://baike.baidu.com/item/I2C%E6%80%BB%E7%BA%BF/918424?fr=aladdin

接口电路为开漏输出．需通过上拉电阻接电源VCC．当总线空闲时．两根线都是高电平，连接总线的外同器件都是CMOS器件，输出级也是开漏电路．在总线上消耗的电流很小，因此，总线上扩展的器件数量主要由电容负载来决定，因为每个器件的总线接口都有一定的等效电容．而线路中电容会影响总线传输速度．当电容过大时，有可能造成传输错误．所以，其负载能力为400pF，因此可以估算出总线允许长度和所接器件数量。

其实I2C总线上的每一个器件内部的SDA、SCL引脚电路结构都是相同的，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起，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，借助于外部的上拉电阻实现了信号的“线与”逻辑； 
（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”提供硬件基础。

参考结束，感谢。

I2C标准连接如下图：

模拟I2C与硬件I2C有什么区别

     原理上：硬件I2C(提供专门的SDA,SCL口)的时钟是系统产生的，一般由晶振分频产生。模拟I2C通过编程模拟时钟线和数据线。

     控制上：硬件I2C通过硬件中断实现各种操作。模拟I2C没有中断的概念，通过IO口电平置高置低来实现写入和读取。

     性能上：硬件模式更高效更稳定。

硬件I2C比软件I2C速度快很多，占用时间也少，并且硬件I2C使用简单，只需要将数据送到指定寄存器就可以了，不需要自己实现时序。

除了上述基本模式（串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s）外，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3。4Mbit/s。这两种模式在硬件电路和软件协议上都有变化，这里就不展开说了，具体可以参考百度百科https://baike.baidu.com/item/I2C%E6%80%BB%E7%BA%BF/918424?fr=aladdin

二、有毛用啊

上面其实也说过了，就是为了通信........，同样道理，既然是通信肯定也要遵循一定得协议标准才行，否则双方听不懂对方说的“话”。

三、怎么用啊

其实谈及怎么用，主要是I2C总线协议，该协议内容相对比较多，但并不是特别复杂，本文主要概括的讲解下常用到的地方，针对大部分嵌入式软件开发者涉及到的部分协议。具体详细协议内容可以参考https://wenku.baidu.com/view/79bd6a87bceb19e8b8f6ba68.html百度文库。

接下来说的都是协议，不要问为什么是这样的，我也不知道，只需要知道是这样的以及怎么用就行了。

首先连接在总线上的节点设备有两种角色：主机模式和从机模式。同一时刻只能有一个节点处于主机模式，其他节点处于从机模式。总线上数据的传送都是有主机发起。I2C总线是没有片选信号线的，所以也得通过协议来找到对应操作的芯片。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。

I2C数据传输基本过程：

     1.主机首先发送开始信号

     2.主机紧接着发送从机地址信息（一个字节），该字节信息中的最低位为读写控制码：1为读、0为写。高7位为从机设备的器件地址

     3.从机然后发出确认信号

     4.主机开始发送信号数据，每当发完一个字节数据后，从机设备给主机发送确认信号

     5.主机最后发送停止信号

start开始信号：在SCL时钟线为高电平时，SDA数据线由高变低，产生一个开始信号。

stop停止信号：在SCL时钟线为高电平时，SDA数据线由低变高，产生一个停止信号。

ACK确认信号：当主机写从机设备时，每次写完一个字节，如果数据正确从机设备将在下一个时钟周期将数据线拉低，来通知主机操作有效。当主机读从机设备时，每次正确读完一个字节后，主机在下一个时钟周期同样也要将数据线拉低，发出确认信号，来通知从机所发数据已经收到

总之，SCL信号线必须由主机发送。

注：在读从机设备时，当主机在最后一个字节数据接收完后，不在发确认信号，直接发送停止信号。

还有就是任何时候在SCL时钟线为高电平的时候，SDA数据线上的电平变化都被认为是起始信号和停止信号，所以数据的改变必须要在时钟为低电平时改变。

I2C数据格式：

有两种寻址数据格式：7bit和10bit格式。还有一种重复开始信号寻址格式。如下图所示

下面是是I2C的读写流程：

I2C写操作寄存器的流程是：
1、主机发送START开始信号
2、主机发送从机设备地址信息（I2C addr（7bit）和w操作0（1bit）），等待ACK确认信号
3、从机发送ACK确认信号
4、主机发送寄存器地址信息（reg addr（8bit）），等待ACK确认信号
5、从机发送ACK确认信号
6、主机发送数据（8bit），即也是要写入寄存器中的数据，等待ACK确认信号
7、 从机发送ACK确认信息
8、其中第4步到第7步可以重复多次，即顺序操作写多个寄存器
9、主机发起STOP停止信号

I2C读操作寄存器的流程是：

1、主机发送START开始信号
2、主机发送从机设备地址信息（I2C addr（7bit）和w操作0（1bit）），等待ACK确认信号
3、从机发送ACK确认信号
4、主机发送寄存器地址信息（reg addr（8bit）），等待ACK确认信号
5、从机发送ACK确认信号
6、从机发送数据（8bit），即寄存器里的值
7、主机发送ACK确认信号
8、第4步到第7步可以重复多次，即顺序读多个寄存器

以上通讯流程模拟I2C跟硬件I2C都类似，不同的地方是读写：

下面的代码是模拟I2C发送数据：

void I2C_WriteCmd(unsigned char cmd)
{
     unsigned char i=8, temp=0;
    for(i=0;i<8;i++) //发送一个八位数据
    {
        管脚拉低;
        temp = cmd&0x80;
        if (temp == 0)
        {
            管脚拉低;
        }
        else
        {
            管脚拉高;
        }  
        管脚拉高;
        cmd<<=1;     
    }
}

上面是通过时钟线SCL和数据线SDA的高低电平来传入数据

而硬件I2C直接通过TXBUF 来发送

补充一点，主机对从机的读写是通过设备地址信息中的一bit位来实现的，简单说下I2C设备地址。

具体格式如下： 
  B7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1、器件类型由：D7-D4 共4位决定的。这是由半导公司生产时就已固定此类型的了，也就是说这4位已是固定的。
2、用户自定义地址码：D3-D1共3位。这是由用户自己设置的，通常的作法如EEPROM这些器件是由外部IC的3个引脚所组合电平决定的（用常用的名字如A0,A1,A2）。这也就是寻址码。
所以为什么同一IIC总线上同一型号的IC只能最多共挂8片同种类芯片的原因了。
3、最低一位就是R/W位。
每个器件都有唯一的地址。

四、成为大神的用法
1、了解仲裁机制，这部分可以参考https://blog.csdn.net/u010027547/article/details/47779975，感谢。
2、学习I2C协议
3、掌握硬件相关电路原理
4、待续