常用数字接口(3) I2C（数字接口技术）

【I2C概述】

I2C，又称IIC是Inter-Integrated Circuit缩写，是Philips（现为NXP）上世纪80年代提出的专门用于芯片间通信的片间总线。

【I2C接口信号】

如表1所示，I2C接口总共包含两根信号线。

【I2C应用框图】

图1为I2C典型的应用框图，图中MCU A/MCU B可以通过仲裁获得主设备权限，EEPROM，ADC为从设备。I2C支持如表2所示4种速率模式

【I2C字节传输格式】

I2C同之前讲的UART/SPI接口一样也是以字节为基本单位进行传输。不同的是，I2C的传输过程中包含了主从之间的握手。

如图2所示，I2C一次字节传输中由主机产生9个SCL脉冲，前8个脉冲时主机或者从机通过数据线SDA由高到低的bit序发送数据，所有数据跳变必须发生在SCL为低电平时。最后1个脉冲用于主从之间握手，数据接收方（主机或者从机）通过控制SDA产生握手信号，如果数据接收正常则接收方将SDA拉低给出ACK指示，否则释放SDA（高电平）给出NACK指示。

在一次字节传输前有START字符代表字节传输开始，之后有STOP字符代表字节传输结束。SCL为高电平时，如果SDA从高到低跳变则为START字符，如果SDA从低到高跳变则为STOP字符。

【I2C数据传输格式】

上一节提到的I2C字节传输格式是I2C数据传输的原子操作。对于一次完整的数据传输，由多个字节传输组成。I2C数据传输有3种情形：写传输，读传输，混合传输。

写传输：如图3所示。在主机发出START之后的第1次字节传输中，主机发送7bit从机地址，1bit写指示（0）。被寻址的从机在收到第1次字节传输后回复ACK。之后主机根据需要进行多次的字节传输，向对应从机写数据。从机每一次字节传输均需要回复ACK。当主机数据发送完毕后，发出STOP指示（图中的P）告知从机本次写传输完成。

读传输：如图4所示。在主机发出START之后的第1次字节传输中，主机发送7bit从机地址，1bit读指示（1）。被寻址的从机在收到第1次字节传输后回复ACK，并接管数据线向主机传递数据，主机每收到一字节数据则向从机回复一次ACK。最后一次字节传输时，主机回复NACK并且发出STOP告知从机读传输完成。

混合传输：对同一个从机进行读写混合传输。

I2C总线下所有从机地址必须唯一，且从机地址存在特殊的保留地址，比如7’b0000 000为广播地址。所有I2C设备需要强制支持7bit地址，可选支持10bit地址。关于保留地址定义，以及10bit地址的传输格式，感兴趣的同学可以参考I2C协议文档，此处不再赘述。

【后记】

手头上最新的I2C协议版本是在2014年发布的UM10204（I2C-bus specification and user manual） Rev.6版本，如有需要的同学留言或私信我。

I2C总线上拉阻值的选择，取决于I2C总线速率以及负载电容的大小，具体计算方式可以参考协议文档。I2C总线有很多变种，如
CBUS/SMBUS/PMBUS/IPMI/ATCA/DDC总线，这些协议均在I2C基础上做一些特殊的命令扩展，通常情形下这些总线可以兼容支持I2C设备。I2C协议还定义了Ultra Fast Mode速率可以提高至5Mbit/s，但该模式应用较少本文并未涉及。

常用数字接口（1） UART

常用数字接口（2） SPI