IIC协议

蔚落 2023-05-31 12:15 109阅读 0赞

#### IIC协议 ####

I²C（Inter-Integrated Circuit）字面上的意思是集成电路之间，它其实是I²C Bus简称，所以中文应该叫集成电路总线  
I2C 总线是一种串行数据总线，只有二根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL，两条线可以挂多个设备。 通常我们为了方便把IIC设备分为主设备和从设备，基本上谁控制时钟线（即控制SCL的电平高低变换）谁就是主设备。iic总线可以挂很多设备，多主多从：  
![在这里插入图片描述][201910242117463.png]  
多主机会产生总线裁决问题。当多个主机同时想占用总线时，企图启动总线传输数据，就叫做总线竞争。I2C通过总线仲裁，以决定哪台主机控制总线。  
主设备有编程代码控制，从设备由硬件本身控制。  
iic总线通过上拉电阻接正电源。连接到总线上的任意器件输出低电平，都会使总线信号变为低。即各器件的SDA及SCL都是线与关系。  
**总线空闲状态 ：** `SDA ：高电平SCL ：高电平`  
**起始位：**`SCL为高电平期间 SDA出现下降沿`(主机发送)，总线处于占用状态  
**终止位：** `SCL为高电平期间 SDA出现上升沿`(主机发送)，总线处于空闲状态。  
![起始终止信号][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h6bGFybQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**数据传输 ：** `SDA上的数据只能在SCL为低电平期间翻转变化，在SCL为高电平期间必须保持稳定，IIC设备只在SCL为高电平期间采集SDA数据。`  
![数据传输][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h6bGFybQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**应答：**  
单片机发完8bit数据后就不再驱动总线了（SDA引脚变输入），而SDA和SDL硬件设计时都有上拉电阻，所以这时候SDA变成高电平。那么在第8个数据位，如果外接IIC设备能收到信号的话接着在第9个周期把SDA拉低，那么处理器检测到SDA拉低就能知道外接IIC设备数据已经收到。IIC数据从最高位开始传输(小端传输)。

![应答][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h6bGFybQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
**IIC器件地址：** 每一个IIC器件都有一个器件地址，有的器件地址在出厂时地址就设定好了，用户不可以更改,比如OV7670的地址为0x42。有的器件例如EEPROM，前四个地址已经确定为1010，后三个地址是由硬件链接确定的，所以一个IIC总线最多能连8个EEPROM芯片。

在总线的一次数据传输中，可以有一下几种组合方式：(阴影是主机发送，空白是从机发送A/非A表示应答/非应答(高电平))。

*  (1)、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传递过程中不变：  
    ![在这里插入图片描述][20191024223250733.png]
 *  (2)、主机在第一个字节后，立即从从机读数据(传输方向不变)：  
    ![在这里插入图片描述][20191024223345224.png]
 *  (3)、在传送过程中，当需要改变传递方向时，起始信号和从机地址都被重复一次产生一次，但两次读/写方向位正好相反  
    ![在这里插入图片描述][2019102422352147.png]

#### spi，iIC，uart，usart区别 ####

SPI 和 I2C（IIC）是同步传输协议，特征是：设备有主机（master）和从机（slave）的区分；主机在通讯时发送时钟信号。

SPI 的信号：  
CS： 从机片选信号，表示主机将于该选定的从机通讯。低电平有效。在多从机的系统中，主机控制多条 CS 信号线，每条连接到一个从机。  
SCK： 串行时钟线，从主机连接到每一个从机。  
MOSI： 主出从入数据线。SPI 的数据线上，数据是单向的。因此需两条信号线。  
MISO： 主入从出数据线。  
在 SPI 系统中，只允许有一个主机。如果主机在工作时发现任何 CS 线被其他设备拉低，将报告一个系统错误，并退出运行。

I2C 的特点和信号：  
I2C 也可以是多从系统，它是通过地址信息来选择从机的。因此，它去了片选信号线。  
I2C 允许在同一系统中有多个主机，他通过一套仲裁协议来解决主机的冲突。参考这篇文章 [I2C总线的仲裁机制][I2C]。在一个系统中，允许设备在主机和从机间转换角色。  
SCL： 时钟信号线。  
SDA： 数据信号线。

I2C 通过复杂的协议减少了连接线，并允许多主多从。但它的代价是低的传输速度。  
I2C 定义的传输模式：

*  标准模式：最高 100kbit/s，双向；
 *  快速模式：最高 400kbit/s，双向，兼容标准模式；
 *  快速模式Plus：最高 1Mbit/s，双向，兼容前两种模式；
 *  超级快速模式：最高 5Mbit/s，单向（主机只发送），不兼容，不支持多主。

在实际使用中，主要是标准模式和快速模式。

UART 是一种异步串行通讯协议，它通过收发双方精准的本地时钟来定时采样或切换信号电平。  
UART 的收发双方是一对一的，且无主从之分。任何一方都可以在任何时刻发送数据。  
UART 的双方必须采用事先约定的相同“波特率”（定时标准）来通讯。目前也有一些接收方通过对固定信号的检测来确定波特率的技术，但应用不广泛。  
UART 的信号：  
RXD： 接收信号线  
TXD： 发送信号线

通讯的双方是将此二线交叉对接的。

USART 是对 UART 的扩展。它除了支持异步传输之外，也支持同步传输。但目前较少应用。

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[I2C]: https://blog.csdn.net/u010027547/article/details/47779975