I2C总线的常见通信方式

　　I2C总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。I2C通讯协议因其引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备等优点，被广泛地使用在系统内多个集成电路（IC）间的通讯。

 

 

　　I2C由两根信号线完成信息交换，SCL为时钟信号线，SDA为数据输入/输出线。I2C可支持多从机（Slaver），也可支持多主机模式（Master）。大部分I2C设备支持100kHz和400kHz模式，某些特殊应用也可以通过设计支持到3.4MHz。

　　I2C的简单应用主要包括I2C硬件连接和I2C通信协议两方面的内容，本文以常见的通信方式做简单说明。

　　I2C硬件连接

　　如下图所示，在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

 

 

　　SDA， SCL管脚及上拉电阻

　　设备的SDA， SCL管脚采用OD门输出，不同设备间进行线与操作，即“与逻辑”。

　　SDA和SCL需要外接上拉电阻，根据总线上的I2C设备数量，系统的通信速度，设计选择不同的上拉电阻。I2C设备数量决定了总线上母线电容的大小，母线电容和上拉电阻限制了系统的通信速率。

　　通常情况下，3.3V系统上拉电阻取3.3kΩ，5V系统上拉电阻取4.7kΩ。

　　当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

　　多主机和多从机应用

　　每个连接到总线的从机设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

　　多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，可以利用仲裁方式决定由哪个主机设备占用总线。

　　I2C通信协议

　　以一个主机（Master）给从机（Slaver）写一个字节的数据为例，说明I2C通信的基本协议。

 

 

　　起始信号（S）：当SCL是高电平时，SDA从高电平向低电平切换。

　　停止信号（P）：当SCL是高电平时，SDA由低电平向高电平切换。

 

 

　　帧地址：每个从属设备唯一的7位或10位地址，用于主从设备之间的地址识别。I2C协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。

　　读/写位：一位，如果主机是向从机发送数据则为低电平，请求数据则为高电平。

　　ACK/NACK：I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答（ACK）”和“非应答（NACK）”两种信号。ACK为低电平，NACK为高电平。

　　数据有效：

　　数据传输时，SCL为高电平时，SDA的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。

　　当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在此时，对SDA进行电平切换。