I2C总线协议的总结介绍

　　在看天翔哥的视频之后，他强调要把I2C协议好好研究一下，那么就对一些基本的通信手段是十分有帮助的。。那么就来了解一下I2C总线协议的一些知识吧。

I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于I2C总线的工作原理与应用，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
　　I²C是一种串行总线的外设接口，它采用同步方式串行接收或发送信息，两个设备在同一个时钟下工作。I²C总线只用两根线：串行数据SDA（Serial Data）、串行时钟SCL（Serial Clock）。

由于I²C只有一根数据线，因此其发送信息和接收信息不能同时进行。信息的发送和接收只能分时进行。I²C串行总线工作时传输速率最高可达400K bit/s。

I²C总线上的所有器件的SDA线并接在一起，所有器件的SCL线并接在一起，且SDA线和SCL线必须通过上拉电阻连接到正电源。

I²C总线的数据传输协议要比SPI总线复杂一些，因为I²C总线器件没有片选控制线，所以I²C总线数据传输的开始必须由主器件产生通信的开始条件（SCL高电平时，SDA产生负跳变）；通信结束时，由主器件产生通信的结束条件（SCL高电平时，SDA产生正跳变）。

SDA线上的数据在SCL高电平期间必须保持稳定，否则会被误认为开始条件或结束条件，只有在SCL低电平期间才能改变SDA线上的数据，I²C总线的数据传输波形图如下：

　　

　　 1，  I2C总线特点
  I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

　　 2，  I2C总线工作原理
  2.1 总线的构成及信号类型
  I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

　　 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

  开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
  结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 
  应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

　　3  总线基本操作
  I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。

串行总线上的数据传送顺序

 

　　3.1 控制字节

 　　在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。

 控制字节配置

　　3.2 写操作
  写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序参见下图。

页面写

　　3.3 读操作

　　读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。                                                                             

顺序读

 在I²C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 :
  1） 严格按照时序图的要求进行操作，
  2） 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。
  3） 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。
  4） 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，　　　　　　        判断EEPROM是否被意外改写。