1 簡介

IIC-BUS的英文全稱是Inter-Integrated Circuit Bus，其主要的目的是實現微控制器與外圍設備進行數據傳輸。它是一種半雙工通信方式，通信方式簡單，僅包含SDA（數據總線）和SCL（時鐘總線）組成。通信總線通常由主設備和從設備組成，從設備是通過設備地址來進行區分，在同一時刻，設備之間數據傳送只能由一個設備傳送給對應地址的設備。

什么是I2C總線主設備和從設備？

主設備 ：I2C總線的主導者，能向從西安發送起始信號和中止信號，且能決定總線數據的發送與接收。另外，主設備能發送指令，同時既能向從設備讀取數據也能向從設備寫入數據。

從設備 ：I2C總線的被動者，對主設備發送的數據做出及時響應。從設備的類型比較多，具體可以是EEROM、各種傳感器等。

I2C總線最大可以掛在多少個設備？

最大電容限制（標準模式和快速模式為400pF,高速模式為500pF）。且在實際的應用過程中最好保證I2C設備不超過8個（經驗之談）。

有些設備預留地址線的僅3位（相同設備最多掛在8個，2^3=8），甚至更少。

I2C總線最大的傳輸速率為多少？

之前在講串口電路時，有講過一個“波特率”概念，不知道是否有人知道波特率和比特率的區別？

波特率：單位時間內傳輸的碼元個數。

比特率：單位時間內傳輸的二級制位數。

二者換算關系為：比特率=波特率×log2n，此處分享一個計算的案例：

2 I2C總線特點

• 簡單和靈活 ：僅包含數據線和時鐘線，物理通信鏈路簡單。
• 雙向傳輸 ：主設備既能向從設備發送數據，從設備也能向主設備發送數據。
• 時鐘同步 ：采用串行時鐘總線，能有效保證數據的準確性。
• 多種設備支持 ：總線上掛載的設備，可以掛在多種不同設備，不受設備類型的影響。

3 編碼規則

• 起始信號和停止信號
• 起始信號：當時鐘信號為高電平時，數據線由高電平變為低電平的過程。
• 停止信號：當時鐘信號為高電平時，數據線由低電平變為高電平的過程。

注意： 在IIC空閑時，SDA、SCL都是保持高電平 。（I2C信號出現故障時，先查看SCL和SDA的電平）

• 應答信號和非應答信號
• 應答信號：當主設備傳送8位數據結束后，主機會將SDA線拉高，此時如果從設備正確接收數據則會將SDA拉低并在SCL高電平時保持低電平，這個信號為ACK信號
• 非應答信號：如果在傳輸8位數據后從機沒有將SDA拉低則該信號為NACK。

4 信號傳輸

IIC總線上面的每一個設備都有唯一的地址與之對應，信號傳輸時也是根據指定的地址找到設備來傳輸信號。

• 寫操作
• 主設備確定從設備地址，發送起始信號；
• 向總線設備的地址以及數據傳輸方向；
• 從設備收到主設備的信號后沒回復一個應答信號；
• 主設備向從設備以字節為單位發送數據，且每發送一個數據，都會接收來自從設備的應答信號；
• 數據發送完成后，從設備發送一個停止信號，表明此次數據傳輸結束。

• 讀數據
• 主設備確認從設備地址，發送起始信號；
• 向總線上發送從設備的地址以及讀取數據的命令；
• 對應的從設備回復應答信號；
• 從設備向主設備回復主設備要讀取的數據；
• 從設備數據發送給完成后，主機向從設備發送一個非應答信號，然后中止數據的讀取。

5 總線仲裁

總線上存在兩個及兩個以上主設備時，每個節點都可以作為主設備向總線上發送命令或者數據。當總線上同時存在兩個或者兩個以上主設備發送信號時，就會造成總線沖突。此時，就需要進行I2C總線仲裁。分以下兩個方面來說：

時鐘同步

時鐘總線（SCL）具有“線與”的邏輯功能，就是當總線有任意一個節點向總線發送低電平時，總線就會呈現低電平的狀態。（所有節點呈現高電平時，總線表現為高電平）

SDA仲裁

SDA仲裁也是基于“線與”的邏輯功能，節點發送數據后，比較總線與發送的數據是否一致，保持一致則繼續發送，否則退出競爭。SDA仲裁這種機制保證了I2C中線上即使有多個主設備，也不會造成數據丟失。

仲裁過程

1. 設備1和設備2同時向設備發送起始信號，總線上電平與發送電平一致，繼續發送數據；
2. 設備1和設備2同時向設備發送低電平，總線上電平與發送電平一致，繼續發送數據；
3. 設備1發送高電平。設備2發送低電平。此時，總線呈現低電平狀態。總線的電平與設備1發送的電平不一致，退出競爭，且變為從設備。設備2繼續發送數據。

5 上拉電阻計算

由于I2C總線端口的高電平是通過上拉電阻實現，線上的電平從低變高時，電源通過上拉電阻對線上負載電容CL充電，這需要一定的上升時間。

電容充電一般公式：

整理可得：

I2C規范將低于VIL或0.3VDD的電壓定義為邏輯低電平，同樣將高于VIH或0.7VDD的電壓定義為邏輯高電平。由上式可以求得：

即T1=0.356675*CL

所以最大上拉電阻為：

結論：電源電壓決定上拉電阻的最小值，總線負載電容決定上拉電阻的最大值。

當Tr取最大值，CL取最小值時，R有最大值。

所以快速模式下，負載電容為50pF: