我相信互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎可為我提供可靠、快速的答案，因此當(dāng)我第一次遇到I2C協(xié)議時(shí)，我首先尋求互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎獲得幫助。我的搜索給出如下響應(yīng)：內(nèi)部集成電路（I2C）協(xié)議是雙向雙線串行總線，其提供集成電路之間的通信鏈路。這一解釋已經(jīng)很清楚了，但我還有更多的問題：它究竟是什么？什么類型的設(shè)備使用I2C？I2C如何幫我解決系統(tǒng)中遇到的實(shí)際問題？

I2C是使主設(shè)備（例如處理器，微控制器（MCU）或?qū)Ｓ眉呻娐罚?a href="http://m.xsypw.cn/tags/asic/" target="_blank">ASIC））能夠與同一雙線總線上的其它外圍設(shè)備通信的流行通信協(xié)議。一條線專用于數(shù)據(jù)傳輸，而另一條用于時(shí)鐘信號(hào)。想象它就像一個(gè)雙車道公路：每個(gè)車道都有汽車從一端流向另一端，就像數(shù)據(jù)包將從主設(shè)備（處理器、MCU、ASIC）傳輸?shù)酵鈬O(shè)備（溫度傳感器、濕度傳感器及其它設(shè)備）。

那I2C到底是什么呢……現(xiàn)在，為什么要使用它？I2C可以在同一總線上輕松實(shí)現(xiàn)多個(gè)外設(shè) - 例如，使用各種傳感器來監(jiān)視服務(wù)器的溫度。I2C協(xié)議實(shí)際上設(shè)計(jì)用于在單個(gè)總線上支持多個(gè)設(shè)備，而如串行外設(shè)接口（SPI）的其他協(xié)議的設(shè)計(jì)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單設(shè)備支持。雙線I2C接口還可以幫助簡化對(duì)四線SPI接口的布線，并減少通用輸入/輸出（GPIO）。

TI的用于構(gòu)建I2C樹狀圖的產(chǎn)品組合可以分為三個(gè)功能，如圖1所示：緩沖轉(zhuǎn)換器、I / O擴(kuò)展器和I2C開關(guān)。

圖1：具有各種I2C功能設(shè)備的電子系統(tǒng)

當(dāng)您的設(shè)計(jì)在集成電路（IC）之間的長走線和/或電壓失配時(shí)遇到劣化信號(hào)時(shí)，I2C緩沖轉(zhuǎn)換器可以幫助您。例如，如果您發(fā)現(xiàn)3.3V MCU I2C I / O和5V溫度傳感器之間存在電壓失配，則可以使用I2C電壓轉(zhuǎn)換器（如PCA9306）。此外，對(duì)于長走線上的相同電壓失配，您可使用緩沖轉(zhuǎn)換器（如TCA9617B）來解決輸出刷新信號(hào)時(shí)的電壓差。

I2C I / O擴(kuò)展器顧名思義 - 當(dāng)選定的處理器無可用端口時(shí)，它們會(huì)擴(kuò)展I / O數(shù)量，如圖2所示。這些設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)GPIO擴(kuò)展器不同，因?yàn)樗鼈冎苯优cI2C總線上的設(shè)備通信。該組合還提供了多種功能，具體取決于您的特定系統(tǒng)需求，例如通道數(shù)、復(fù)位引腳和電平轉(zhuǎn)換。

圖2：微控制器或處理器使用I / O擴(kuò)展器控制外設(shè)

I2C開關(guān)可以解決兩個(gè)不同的問題。第一個(gè)問題與地址沖突有關(guān)。當(dāng)同一總線上的兩個(gè)設(shè)備具有相同地址時(shí)通常會(huì)發(fā)生沖突。如果系統(tǒng)在同一I2C總線上有兩個(gè)溫度傳感器和兩個(gè)濕度傳感器，所有地址為0xFF - 一個(gè)I2C開關(guān)可以一次切換到單個(gè)傳感器；見圖3。第二個(gè)問題與功耗有關(guān)。I2C開關(guān)一次只為I2C總線的一部分供電，從而在不使用時(shí)保持總線的未使用部分掉電。

圖3：具有八個(gè)通道的I2C開關(guān)示例

起初，互聯(lián)網(wǎng)搜索將會(huì)告訴您，I2C使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠輕松實(shí)現(xiàn)魯棒的系統(tǒng)控制。這一協(xié)議不僅有用，而且還具有很多設(shè)備功能，可令您的系統(tǒng)受益。您可以使用緩沖中繼器、I / O擴(kuò)展器和I2C開關(guān)來增強(qiáng)，擴(kuò)展并修改I2C總線實(shí)現(xiàn)，以滿足您的獨(dú)特設(shè)計(jì)目標(biāo)。有關(guān)I2C設(shè)計(jì)的更多信息，請(qǐng)閱讀應(yīng)用注釋“了解I2C總線”。
審核編輯：何安淇