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嵌入式開發(fā)中I2C協(xié)議

GReq_mcu168 ? 來源:硬件攻城獅 ? 作者:硬件攻城獅 ? 2022-03-11 10:18 ? 次閱讀

對于嵌入式開發(fā)的朋友來說,I2C協(xié)議實在是再熟悉不過了,有太多的器件,采用的都是通過I2C來進行相應的設置。今天,我們就隨便聊聊這個I2C協(xié)議。

I2C協(xié)議中最重要的一點是I2C地址。這個地址有7位和10位兩種形式。7位能夠表示127個地址,而在實際使用中基本上不會掛載如此多的設置,所以很多設備的地址都采用7位,所以本文接下來的說明都是基于此。I2C還有一個很重要的概念,就是“主—從”。對于從設備來說,它是啥都不干的,更不會自動發(fā)送數(shù)據(jù);而主設備,則是起到控制作用,一切都是從它開始。除了GND以外,I2C有兩根線,分別是SDA和SCL,所有的設備都是接到這兩根線上。那么,這些設備如何知道數(shù)據(jù)是發(fā)送給它們呢?這就得依靠前面所說到的地址了。設備I2C的地址是固定的,比如0x50,0x60等等。因為只能有127個地址,地址沖突是很常見的,所以一般設備都會有一個地址選擇PIN,比如拉高時候為0x50,接地為0x60。如果無論拉高還是接地,都和別的芯片有沖突,那該怎么辦呢?答案是:涼拌,沒辦法。遇到這種情況,只能換芯片了。


我們來看I2C協(xié)議中的數(shù)據(jù)傳輸時序圖:

9d78d61a-59c0-11ec-b2e9-dac502259ad0.png

SCL是時鐘,SDA承載的是數(shù)據(jù)。當SDA從1變動到0,而SCL還是1時,表示開始數(shù)據(jù)傳輸。接下來的7位,就是設備的地址。緊接著的是讀寫標志,其為1時是讀取,為0則是寫。如果I2C總線上存在著和請求的地址相對應的設備,則從設備會發(fā)送一個ACK信號通知主設備,可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。接到ACK信號后,主設備則發(fā)送一個8位的數(shù)據(jù)。當傳輸完畢之后,SCL保持為1,SDA從0變換到1時,標明傳輸結束。

從這個時序圖中可以看到,SCL很重要,并且哪個時鐘沿是干嘛的,都是確定好的。比如,前面7個必定是地址,第8個是讀寫標志,數(shù)據(jù)傳輸必須是8位,必須接個ACK信號等等。

前面的時序圖并沒有標明數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍覀儸F(xiàn)在看看寫操作的數(shù)據(jù)流向:

a09c17c6-59c0-11ec-b2e9-dac502259ad0.png

網(wǎng)格的是主設備發(fā)送的,白色格子是從設備發(fā)送的。從圖示中可以看到,對于寫操作,從設備都只是發(fā)送ACK進行確認而已。而讀操作的數(shù)據(jù)流向,就有所不同,如圖:

a0bd15f2-59c0-11ec-b2e9-dac502259ad0.png

這時候,從設備除了發(fā)送ACK以外,緊跟著的還有數(shù)據(jù)。


我們用示波器來查看波形圖,以便于理解。


將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL,得到波形并分析如圖:

a0e55896-59c0-11ec-b2e9-dac502259ad0.jpg

從圖中可知時序如下:

由主機發(fā)起,在SCL為高電平時,SDA由高到低切變,形成開始信號;

接著是7位地址和一位讀寫標志,這里7位地址為0111100,即0x3c,正是我們代碼中設置的地址ID;最后一位為0表示寫操作;

接著在下一個時鐘,主機以高電平狀態(tài)釋放SDA,這時從機響應,將SDA拉低了;

接著是兩個8位數(shù)據(jù)00101110與響應,即0x2E,正是“.”號的ASCII碼,符合預期輸出;

還有其它數(shù)據(jù)和最后的停止位,圖中被截掉了。

從圖中可知,縱向一格是200mV,則SDA和SCL的電平大概就是350mV;由于信號筆上設置了信號x10,因此實際電平應該大概是3.5V(理論上應該是3.3V)。橫向一格是25us,10個時鐘周期大概用了4格,即4x25us=100us,平均每個時鐘周期是10us,可算出傳輸頻率為1/10us=100,000/s,即100k bps。


既有讀又有寫的波形圖:

a1262862-59c0-11ec-b2e9-dac502259ad0.jpg

I2C是由2根線進行操作的,一個是主控時序SCL,另一根主控數(shù)據(jù)SDA

對于操作主要分成讀寫,讀寫的兩個操作有部分是相似的

而時序的操作主要分為:START,DATA,ACK,STOP,NOACK

審核編輯 :李倩

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原文標題:嵌入式開發(fā)中I2C協(xié)議是怎么玩兒的?看這篇就夠了

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