I2C總線是由Philips公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可傳送信息。它結(jié)合了SPI和UART的優(yōu)點，您可以將多個從機(jī)連接到單個主機(jī)（如SPI那樣），也可以使用多個主機(jī)控制一個或多個從機(jī)。當(dāng)您想讓多個微控制器將數(shù)據(jù)記錄到單個存儲卡或?qū)⑽谋撅@示到單個LCD時，這將非常有用。

*SDA * (Serial Data) – 數(shù)據(jù)線。

***SCL ***(Serial Clock) – 時鐘線。

I2C是串行通信協(xié)議，因此數(shù)據(jù)沿著SDA一點一點地傳輸。與SPI一樣，I2C也需要時鐘同步信號且時鐘始終由主機(jī)控制。

工作原理

I2C的數(shù)據(jù)傳輸是以多個msg的形式進(jìn)行，每個msg都包含從機(jī)的二進(jìn)制 地址幀 ，以及一個或多個 數(shù)據(jù)幀 ，還包括開始條件和 停止條件 ，讀/寫位和數(shù)據(jù)幀之間的 ACK / NACK位 ：

啟動條件 ： 當(dāng)SCL是高電平時，SDA從高電平向低電平切換。

停止條件 ： 當(dāng)SCL是高電平時，SDA由低電平向高電平切換。

地址幀 ： 每個從屬設(shè)備唯一的7位或10位序列，用于主從設(shè)備之間的地址識別。

讀/寫位 ： 一位，如果主機(jī)是向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)則為低電平，請求數(shù)據(jù)則為高電平。

ACK/NACK ： 消息中的每個幀后均帶有一個ACK/NACK位。如果成功接收到地址幀或數(shù)據(jù)幀，接收設(shè)備會返回一個ACK位用于表示確認(rèn)。

尋址

由于I2C沒有像SPI那樣的片選線，因此它需要使用另一種方式來確認(rèn)某一個從設(shè)備，而這個方式就是 —— **尋址 **。

主機(jī)將要通信的從機(jī)地址發(fā)送給每個從機(jī)，然后每個從機(jī)將其與自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，它將向主機(jī)發(fā)送一個低電平ACK位。如果不匹配，則不執(zhí)行任何操作，SDA線保持高電平。

讀/寫位

地址幀的末尾包含一個讀/寫位。如果主機(jī)要向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則為低電平。如果是主機(jī)向從機(jī)請求數(shù)據(jù)，則為高電平。

數(shù)據(jù)幀

當(dāng)主機(jī)檢測到從機(jī)的ACK位后，就可以發(fā)送第一個數(shù)據(jù)幀了。數(shù)據(jù)幀始終為8位，每個數(shù)據(jù)幀后緊跟一個ACK / NACK位，來驗證接收狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送完所有數(shù)據(jù)幀后，主機(jī)可以向從機(jī)發(fā)送停止條件來終止通信。

傳輸步驟

1. 在SCL線為高電平時，主機(jī)通過將SDA線從高電平切換到低電平來啟動總線通信。
2. 主機(jī)向總線發(fā)送要與之通信的從機(jī)的7位或10位地址，以及讀/寫位：

3. 每個從機(jī)將主機(jī)發(fā)送的地址與其自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，則從機(jī)通過將SDA線拉低一位返回一個ACK位。如果主機(jī)的地址與從機(jī)的地址不匹配，則從機(jī)將SDA線拉高。

4. 主機(jī)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)幀：

5. 傳輸完每個數(shù)據(jù)幀后，接收設(shè)備將另一個ACK位返回給發(fā)送方，以確認(rèn)已成功接收到該幀：

6. 隨后主機(jī)將SCL切換為高電平，然后再將SDA切換為高電平，從而向從機(jī)發(fā)送停止條件。

單個主機(jī)VS多個從機(jī)

由于I2C使用尋址功能，可以通過一個主機(jī)控制多個從機(jī)。使用7位地址時，最多可以使用128(2 ^7^ )個唯一地址。使用10位地址并不常見，但可以提供1,024(2 ^10^ )個唯一地址。如果要將多個從機(jī)連接到單個主機(jī)時，請使用4.7K歐的上拉電阻將它們連接，例如將SDA和SCL線連接到Vcc：

多個主機(jī)VS多個從機(jī)

I2C支持多個主機(jī)同時與多個從機(jī)相連，當(dāng)兩個主機(jī)試圖通過SDA線路同時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，就會出現(xiàn)問題。因此每個主機(jī)都需要在發(fā)送消息之前檢測SDA線是低電平還是高電平。如果SDA線為低電平，則意味著另一個主機(jī)正在控制總線。如果SDA線高，則可以安全地發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要將多個主機(jī)連接到多個從機(jī)，請使用4.7K歐的上拉電阻將SDA和SCL線連接到Vcc：

優(yōu)劣

與其他協(xié)議相比，I2C可能聽起來很復(fù)雜。以下是一些利弊，可幫助您確定它們是否適合您的項目需求：

優(yōu)點

• 僅使用兩根電線
• 支持多個主機(jī)和多個從機(jī)
• ACK / NACK位用于確認(rèn)每個幀都已成功傳輸
• 硬件比UART更簡單
• 眾所周知且被廣泛使用的協(xié)議

缺點

• 數(shù)據(jù)傳輸速率比SPI慢
• 數(shù)據(jù)幀的大小限制為8位