I2C复习

• • I2C总线(Inter IC BUS) 是由 Philips 公司开发的一种通用数据总线
  • 同步、半双工、带数据应答
  • 有两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

  所有I2C设备的 SCL 连接在一起，SDA 连在一起
  设备的 SCL 和 SDA 均要配置成开漏输出模式

  

  开漏输出可参看B站up主工科男孙老师的《推挽 开漏 高阻 这都是谁想出来的词？？》

• 敲重点，考试面试必问。
  开漏输出可用于适配不同电压的芯片；在总线通信时避免不同设备输出高低电平导致设备烧毁。通过搭配外接上拉电阻输出高低电平
  当 SCLKN1OUT 关闭，SCLKIN 为高电平；当 SCLK1OUT 打开，SCLKIN 为低电平

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• 敲重点，考试面试必问。SCL 和 SDA 各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

• 上拉电阻可参看B站up主工科男孙老师的《单片机的上拉电阻 到底在拉什么？》
  上拉电阻阻值过小，会漏电；阻值过大，驱动能力(将低电平拉高的速度)下降。

  当总线挂载设备增多时，可适当降低上拉电阻阻值

  

   

  
  开漏输出 和 上拉电阻 的共同作用实现了“线与”的功能，解决多机通信互相干扰的问题
  当总线设备较多且通信速度要求高，可以适当降低上拉电阻的阻值

  详情参看B站up主工科男孙老师的《单片机I2C通信入门(上)：硬件部分有哪些注意点?》

  I2C时序结构

  因为总线上挂载多个设备，需要约定通信协议才能让通信正确无误，畅通无阻
  例如一次读数据通信，需要知道什么时候发起，向谁读数据，对方是否存在，读数据，停止读数据。
  I2C通信协议将上述操作都抽象成了一个个时序，最终拼接成数据帧

  总共有六个时序结构，如下：

  起始条件 —— 数据帧的起始，表示开始通信

  • SCL 高电平期间，SDA 从高电平切换到低电平
    

  终止条件 —— 数据帧的结尾，表示通信结束

  • SCL 高电平期间，SDA 从低电平切换到高电平
    

  发送一个字节 —— 可发送数据，I2C地址，字地址…

  • SCL 低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上(高位在前)，然后拉高 SCL，从机(对方设备)将在 SCL 高电平期间读取数据位。SCL 高电平期间 SDA 不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节数据
    

  注意：先拉低 SCL，再将数据放到 SDA，然后拉高 SCL，此时从机会读取 SDA 数据

  接收一个字节 —— 主机(MCU) 接收从机数据

  • SCL 低电平期间，从机将数据依次放到 SDA 线上(高位在前)，然后拉高 SCL，主机将在 SCL 高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）
    

  注意：先拉高 SDA，释放总线给从机。从机在 SCL 低电平时将数据放到 SDA ，主机拉高 SCL 读取数据，再拉低 SCL 让从机放数据

  发送应答 —— 接收从机数据后，告诉从机无误或有误

  • 在接收完一个字节之后，主机在下一个时钟发送一位数据、数据0表示应答，数据1表示非应答。发送流程同发送一位数据
    

  接收应答 —— 主机发送一字节数据后，接收从机的接收应答

  • 在主机发送完一个字节之后，主机在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0 表示应答，数据1 表示非应答(主机在接收之前，需要释放SDA)
    

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  数据帧

  I2C数据帧描述具体的一次通信，由上述时序结构拼接而成。

  发送一帧数据 —— 向谁发什么

  

  协议格式中第一个字节(为slave address)由7位地址和一位R/W读写位组成的，这字节是个器件地址。

  I2C 挂载多个设备，通过从机地址(slave address)标识对哪个设备进行读/写操作

  常用I2C接口通用器件的器件地址是由种类型号，及寻址码组成的，共7位。
  如格式如下：

  

  1. 器件类型：A6 - A3 共4位决定的。这是由半导公司生产时就已固定此类型的了，也就是说这4位已是固定的。本开发板为 1010

  2. 用户自定义地址码：A2 - A0 共3位。这是由用户自己设置的，通常的作法如EEPROM这些器件是由外部IC的3个引脚所组合电平决定的（用常用的名字如A0,A1,A2）。这也就是寻址码。AT24C02 的寻址码为 000
     

  3. 最低一位就是R/W位，，“0”表示写，“1”表示读（通常读写信号中写上面有一横线，表示低电平）。所以I2C设备通常有两个地址，即读地址和写地址

  综上，AT24C02 的写地址为0xA0，读地址为0xA1

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  回到数据帧，发送一帧数据流程如下

  S(起始位) -> 发送从机地址 + W -> 从机返回接收应答 -> 发送一字节数据 -> 从机返回接收应答 … -> P(终止位)

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  接收一帧数据

  

  S(起始位) -> 发送从机地址 + W -> 从机返回接收应答 -> 接收一字节数据 -> 主机发送应答 -> … -> P(终止位)

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  复合格式 —— 先发送再接收

  

  AT24C02数据帧

  AT24C02是一个存储器，本质就是写入数据和读取数据，其数据帧分为字节写 和 随机读

  字节写

  
  存储器内部还有字地址，需要指明将数据写到存储器的哪个位置 —— word address

  随机读

  

  需要先告诉 AT24C02 要读哪个地址的数据，再进行读字节数据帧