前言
2023.4.22
一、简要介绍
IIC：Inter-Integrated Circuit，集成电路总线
- 半双工协议
- 多主设备，多从设备。通过地址索引，I2C可以使能所需从设备
- 实现不同集成电路组件之间的控制功能
1、优点
- 接口减少，控制简单，只需要两条总线
- 通信速率高
- 多主控，但任意时刻只有一个主控有效。最大主设备——无限制，最大从设备——127个
2、缺点
二、信号线和连接方式
1、信号线
需要连接上拉电阻，空闲时保持高电平
SDA（Serial Data） ：串行数据线，用来传输数据信号。SCL（Serial Clock）：串行时钟线，用来传输时钟信号，一般是主设备向从设备提供。
2、连接方式
2.1 单主设备，单从设备
2.2 单主设备，多从设备
2.3 多主设备，多从设备
三、数据传输格式
主设备按照从高到低的顺序，依次发送地址位，从设备进行接收，通常情况下，地址位为7bit，读写选择为1bit。每个从设备有且只有一个唯一的地址编号。读写控制写为0，读为1。
为了确保采样时信号稳定，对于主设备，我们在下降沿的时候将信号放在SDA上，对于从设备，我们在上升沿的时候进行采样。
空闲位：空闲时，SCK和SDA均为高电平
起始位：在SCL为1时，拉低SDA，开始数据传输，SCL开始翻转（下降沿检测）
应答位：正确接收从设备拉低信号SDA；未正确接收SDA依旧为高电平
数据位：每一次默认传输一个字节（即8bit），每个字节的传输都需要跟一个应答位（ACK/NACK）
停止位：SCL先拉高，随后SDA先为低后拉高（上升沿检测）
1、数据传输过程
起始位 + 7位地址 + 1位读写控制 + slave响应 + 8位数据 + 响应 + 8位数据 + 响应 + 停止位 （加粗部分为slave控制总线）
四、IIC配置
1、传输模式
- 标准模式(Standard)：
100kbps - 快速模式(Fast)：
400kbps - 快速模式+(Fast-Plus)：1Mbps
- 高速模式(High-speed)：
3.4Mbps - 超快模式(Ultra-Fast)：
5Mbps（单向传输）
2、地址位宽
10位地址的从设备，和7位地址的从设备，都可以挂在一个总线上，彼此相互兼容
- 标准I2C：
七位寻址 - 扩展I2C：十位寻址
3、仲裁机制
3.1 SCL同步问题
总线自带线与逻辑，任意一个拉低，总线表现为低电平，全部位高电平时，总线才是高电平。
假设有两个主设备都想拉低SCL信号，Master1先拉低 ，Master2后拉低，那么SCL会按照CLK1的时间来拉低自身（线与逻辑的应用），而假如Master1先拉高，Master2后拉高，SCL又会按照CLK2的时间来拉高自身。
当多个节点同时发送时钟信号时，在总线上表现的是统一的时钟信号
3.2 SDA仲裁问题
每个主设备都需要在发送消息之前检测SDA线是低电平还是高电平。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-421896.html
- 如果SDA线为低电平，则意味着另一个主设备可以控制总线，并且主设备应等待发送消息
- 如果SDA线为高电平，则可以安全地发送消息
五、UART、SPI、IIC协议比较
低速通用协议接口文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-421896.html
| 数据流向 | 信号线 | 通信类型 | 选通方式 | 主从设备 | |
|---|---|---|---|---|---|
| UART | 单工/半双工/全双工 | 1/2条 | 异步 | 无 | 单主设备、单从设备 |
| SPI | 全双工 | 4条 | 同步 | 片选信号NSS | 单主设备、多从设备 |
| IIC | 半双工 | 2条 | 同步 | 地址索引 | 多主设备，多从设备 |
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