了解IIC总线

一：IIC总线

IIC总线是飞利浦公司推出的一种同步、串行、半双工总线，主要用于近距离、低速的芯片之间的通信；IIC总线有两条双向的信号线，一根数据线SDA用于收发数据，一根时钟线SCL用于通信双方时钟的同步；IIC总线硬件结构简单，成本较低，被广泛应用于各种电子设备、传感器等领域。

二：IIC总线结构图

由时钟线SCL和数据线SDA组成，并且都接上拉电阻，确保总线空闲状态时为高电平；

1. IIC接口内部是OC/OD门结构，各器件的SDA、SCL都是线与关系；
2. 总线支持多设备连接，允许多主机存在，每个连接到IIC总线上的器件都有一个唯一的地址（7bit），且每个器件都可以作为主机也可以作为从机（同一时刻只能有一个主机）；
3. 连接到总线的设备数目受到总线的最大电容400pF的限制。

三：IIC总线通信过程

IIC总线支持多主机总线，一条IIC允许多个主机的存在，当总线上有多个主机同时启用总线时，IIC也具备冲突检测和仲裁的功能来防止错误发生；连接在IIC总线上的器件分为主机和从机，主机有权发起和结束一次通信，而从机只能被主机呼叫，平时我们用单片机控制IIC器件时，单片机作为主机，接口器件作为从机。IIC总线在通信时总线上发送的数据的器件为发送器，接收数据的器件为接收器，主机和从机即可作为发送器，也可作为接收器，二者没有固定的关系。

通信过程如下：

1. 主机(Master)发送起始信号启用总线；
2. 主机(Master)发送一个字节数据指明从机地址和后续字节的传送方向；
3. 被寻址的从机(Slave)发送应答信号回应主机(Master)；
4. 发送器发送一个字节数据；
5. 接收器发送应答信号回应发送器；
6. ……（循环步骤4、5）；

通信完成后主机发送停止信号释放总线。

四：IIC总线寻址方式

主机在发送起始信号后,先发送7bit的从机设备地址，随后发送第8位表示后续地址的传送方向，‘0’表示主机发送数据，‘1’表示主机接收数据；总线上所有的器件接收到该字节数据后，都将该起始信号后的第一个字节前7位地址与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己被主机寻址，然后再根据第一个字节的第8位确定自己时发送数据还是接收数据。

五：IIC总线信号实现

（1）起始信号和停止信号

• SCL为高电平时，SDA由高电平变为低电平表示起始信号；
• SCL为高电平时，SDA由低电平变为高电平表示停止信号；

起始信号和停止信号都是由主机发出，起始信号产生后总线处于占用状态，停止信号产生后总线处于空闲状态。

（2）字节传送与应答

IIC总线通信时每个字节为8位长度，数据传送采用大端模式，先传送最高位，后传送低位，发送器发送完一个字节数据后接收器必须发出1位应答来回应发送器，即一帧共有9位。

（3）同步信号

IIC总线再进行数据传送时，时钟线SCL位低电平期间发送器向数据线上发送一位数据，在此期间数据上的信号允许发生变化，时钟线SCL为高电平期间接收器从数据线上读取一位数据，在此期间数据线上的信号不允许发生变化，必须保持稳定。

（4）典型IIC时序

主机向从机发送数据

从机向主机发送数据

阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送；A表示应答，A’表示非应答，S表示起始信号，P表示终止信号

六：上拉电阻的取值

（1）上拉电阻的最大取值

总线电容Cb是器件引脚、连接导线的总电容。在上升时间(tr)一定的情况下，此电容限制了上拉电阻Rp的最大值。电平从0到1的过程中，由于寄生电容和上拉电阻会形成RC电路，导致时间延迟，当该延迟大于电平0到电平1的有效时间时，芯片读取到的电平是错误的，可用电容充电公式推导出上拉电阻最大取值Rp(max)：

（2）上拉电阻的最小取值

上拉电阻的最小值Rp(min)受到电源电压的影响,同时要考虑数字电路的静态协议：

注：VDD电源电压，单位V；Vol（max）为输出低电平时的电压，单位V，Iol为输出低电平时的灌电流，单位A，在IIC协议总线电气特征表中可查。

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