该文章为大家介绍了 IIC协议 的基础知识。

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前言

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一、IIC 概念

1. IIC协议是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据,是一个多主机的半双工通信方式 每个挂接在总线上的器件都有个唯一的地址。位速在标准模式下可达 100kbit/s,在快速模式下可达 400kbit/s，在高速模式下可待3.4Mbit/s。

• 数据线：完成收据的收发。
• 时钟线：在时钟的作用下，数据按位完成传输。

2. IC总线外接两个上拉电阻的作用：在总线处于空闲状态，总线为高电平的状态。

• 问 ：为何SCL也要使用上拉电阻？

• 答 ：在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。

3. I2C总线系统结构,如下所示 :

• 在一个芯片(SoC)内部，有一个或多个I2C控制器

• 在一个I2C控制器上，可以连接一个或多个I2C设备

• I2C总线只需要2条线：时钟线SCL、数据线SDA

• 在I2C总线的SCL、SDA线上，都有上拉电阻

• 时钟线只能由主机产生，作用给从机，完成数据收发同步

• 主机：主动向数据线上发起数据/结束(起始信号/停止信号) 。从机：只能被接收数据。

  

二、IIC 信号

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)。

• 空闲状态 当总线上的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平,便是空闲状态,如上面的硬件图所示,当我们不传输数据 时, SDA和SCL被上拉电阻拉高,即进入空闲状态。

• 开始信号（S）：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；便是总线的启动信号,只能由主机发起,且在空闲状态下才能启动 该信号,如下图所示：

• 结束信号（P）：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；便是总线的停止信号,表示数据已传输完成,如下图所示：

• 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。当接收方接收该字节成功，便会输出一个ACK应答信号，当SDA为高电平,表示为非应答信 号NACK，当SDA为低电平，表示为有效应答信号ACK。

  （ PS :当主机为接收方时,收到最后一个字节后,主机可以不发送ACK,直接发送停止信号来结束传输。）

• 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：

三、IIC 数据传输格式

3.1 写操作

流程如下：

• 主芯片要发出一个start信号

• 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)

• 从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据

• 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。

• 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。

下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"

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3.2 读操作

流程如下：

• 主芯片要发出一个start信号

• 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)

• 从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据

• 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。

• 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。

下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"

四、UART/IIC总线区别

1. UART总线有三根线：TXD/RXD/GND
2. IIC总线有两根线：SCL / SDA
3. UART总线属于异步通信方式，IIC总线有SCL时钟线，所有IIC总线为同步通信方式
4. UART有接收数据线和发送数据线，所有UART属于全双工通信方式
5. IIC总线只有一根双向的数据信号线，所以IIC属于半双工通信方式
6. UART总线处于空闲状态时，总线默认为高电平状态
7. IIC总线因为外接两根上拉电阻，总线处于空闲状态时，也是默认为高电平状态

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总结

下一篇文章为大家介绍 SPI 通信协议。