硬件连接

本文作为一个引入作用是让读者理解熟知IIC协议关键内容结合实际手册内容深度解析协议本质作为后续嵌入式linux驱动IIC子系统的一个铺垫。

硬件连接

I2C在硬件上的接法如下所示主控芯片引出两条线SCL,SDA线在一条I2C总线上可以接很多I2C设备我们还会放一个上拉电阻。

之前在我们的硬件篇有提到上拉电阻

同步、串行、半双工、多主机总线、近距离、低速、芯片与芯片之间的通信

接口两线制SDA数据线、SCL时钟线

可以挂载多设备、主机是使用总线权利者、从机只可以听取从机、被主机管理

我们知道由于芯片在输出高低电平的时候内部通常会有两个mos管针对mos管的知识在硬件篇也有系统的讲

不懂的读者也可以回顾学习上面的MOS管导通输出高电平下方的MOS管导通输出低电平。

因此我们熟知IIC是需要多设备通信假设我们把两个IO口都挂在到一个总线上很简单的可以发现当一个芯片输出高电平一个芯片输出低电平此时就短路了因此IIC对于设备的IO口做了一些阉割去掉了上面的mos管只保留下方的mos管但是问题也暴露出来了虽然解决了短路的问题但是设备只可以输出低电平另一种情况的电平就是未知的状态浮空为了避免这种情况我们需要引入上拉电阻这样完美了解决这个问题同时也体现了IIC硬件设计的驱动能力。

同时我通过IIC手册对于IIC硬件设计规范图图例进行实例的调研如下所示

可以清楚的看出正如我们先前总结的一样这就是IIC的上拉电阻的作用。

IIC传输时序

然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)方向(读/写0表示写1表示读)

主设备发送一个字节数据给从设备并等待回应

每传输一字节数据接收方要有一个回应信号确定数据是否接受完成)然后再传输下一个数据。

下图白色背景表示主→从灰色背景表示从→主

然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)方向(读/写0表示写1表示读)

从设备发送一个字节数据给主设备并等待回应

每传输一字节数据接收方要有一个回应信号确定数据是否接受完成)然后再传输下一个数据。

下图白色背景表示主→从灰色背景表示从→主

I2C协议中数据传输的单位是字节也就是8位。

但是要用到9个时钟前面8个时钟用来传输8数据第9个时钟用来传输回应信号。

传输时先传输最高位(MSB)。

开始信号SSCL为高电平时SDA山高电平向低电平跳变开始传送数据。

结束信号PSCL为高电平时SDA由低电平向高电平跳变结束传送数据。

响应信号(ACK)接收器在接收到8位数据后在第9个时钟周期拉低SDA

SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化

I2C协议信号如下

主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备也可以从SDA上读取数据连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚发送引脚/接受引脚。

主、从设备都可以通过SDA发送数据肯定不能同时发送数据怎么错开时间

在9个时钟里

特性I2CUARTSPI通信方式多主多从同步通信全双工异步通信主从同步通信通信线数2

条SCL、SDA2

条SCLK、MOSI、MISO、CS通信速率标准模式100kbps

快速模式400kbps

1Mbps通常最高几十Mbps依设备支持而定拓扑结构菊花链总线点对点主从结构支持多从设备总线仲裁支持基于时序和逻辑多主控制不支持不支持时钟信号由主设备提供不需要内部分频产生波特率由主设备提供传输效率较高支持多个从设备但有协议开销较低数据包中通常有起始位、停止位和校验位高直接传输数据硬件复杂性适中依赖外部上拉电阻简单仅需基本串口硬件较高需额外的片选线和主控支持多设备支持支持多个从设备地址唯一每个

UART

端口仅支持一对设备支持多个从设备需独立片选信号全双工支持不支持半双工支持支持数据传输可靠性较高有

ACK/NACK

确认机制依靠硬件/协议无确认机制较高无明确协议确认机制典型应用场景传感器如温湿度、气压传感器、EEPROM调试接口、低速外设通信高速外设如显示屏、ADC、DAC易用性中等需要配置设备地址简单常用于调试与低速数据传输复杂需要主控与从设备紧密配合