IIC协议简单解析

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本篇主要是IIC协议简单解析

I?C（Inter-Integrated Circuit，常写作I2C）协议是一种非常经典且广泛应用的低速串行通信协议。

概览

I2C协议由飞利浦公司（现恩智浦 NXP）开发，其设计哲学是简洁和节省引脚。

物理线路: 仅需两根线，串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。

通信模式：同步、串行、半双工。所有数据传输都与SCL时钟信号同步。

拓扑结构：多主多从总线。理论上可挂载多达128个设备（使用7位地址时）。

数据传输率：标准模式：100 kbit/s；快速模式：400 kbit/s；高速模式：3.4 Mbit/s。

电平逻辑：开漏输出（Open-Drain）。这意味着总线需要通过上拉电阻接到正电源，是实现“线与”功能和多主机仲裁的基础。

地址分配：每个从设备都有一个唯一的7位或10位地址，由芯片制造商或用户设定。

两根线：

SDA（Serial Data Line）：传输数据的双向线。

SCL（Serial Clock Line）：由主设备产生并控制的时钟信号线。

开漏输出与上拉电阻：

总线上所有的设备（主和从）的SDA和SCL引脚都是开漏输出结构。

总线必须通过上拉电阻（Rp）连接到逻辑高电平（VDD）。 ?开漏输出+上拉电阻实现了两个关键功能： ?线与（Wired-AND）：任何设备都可以将总线拉低（输出0），而只有当所有设备都释放总线时，总线才被电阻拉高（为1）。 ?多主仲裁：多个主设备竞争总线控制权时不会损坏硬件。

协议层详解：数据帧格式

一次完整的I2C通信由以下部分组成：

起始条件（START Condition）和停止条件（STOP Condition）

起始条件（S）：在SCL为高电平期间，SDA线出现一个从高到低的下降沿。这是一个唯一的信号，通知总线上所有设备：“通信要开始了，请准备好”。

停止条件（P）：在SCL为高电平期间，SDA线出现一个从低到高的上升沿。表示本次通信结束，总线恢复空闲状态。

注意：还有一种重复起始条件（Repeated START, Sr）。它既不结束上一个通信，也无需发出停止条件，直接开始下一次传输。常用于切换读写模式。

SDA线上的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定。数据线只有在SCL为低电平时才允许变化（建议在低电平中间发生改变）。

字节格式与应答（ACK/NACK）

每个字节（8位）的数据后都会跟一个应答位（ACKnowledge Bit），因此实际上传输一字节数据需要9个时钟脉冲。

数据传送：高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。

应答（ACK）：在发送完8位数据后，发送端会释放SDA线。在第9个时钟脉冲期间，接收端必须将SDA线拉低，以此表示成功接收了数据。

非应答（NACK）：如果在第9个时钟脉冲期间，SDA线仍然为高电平，则表示接收端未成功接收数据（可能是无法响应、读取完成或出错）。

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