2023年02月01日 | 详解嵌入式开发中的I2C总线

2023-02-01 来源：zhihu

硬盘、U盘等这些设备中都有一个“掉电保存”的器件，他们的特点就是没电了之后，存在他们上面的信息不会丢失，就像人的大脑，有记忆功能。在工业领域也非常常见这种器件，一般有EEPROM和FLASH。它俩共同点是可读可写，断电保存。

不同点是EEPROM写之前不用擦除，而FLASH写之前一定要擦除，否则写不成功；EEPROM一般都使用I2C总线来通信，而FLASH一般是使用SPI总线。

EEPROM存储器系统架构图如下。

位传输 I2C总线是由飞利浦(Philips)公司开发的一种双向二线制同步串行总线，实现有效的IC间的控制，它只需要两根线(SDA和SCL)即可在连接于总线上的器件之间传送信息。 I2C总线在传输数据都是按照bit来传送。SCL为时钟线，SDA为数据线；在SCL时钟线为高电平时，SDA数据线上的电平不允许被修改，SCL时钟线为低电平时，SDA数据线上的电平可为高/低。I2C总线的位传输，如下图所示。

起始条件：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平切换；表示开始传送数据。停止条件：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变；表示结束传送数据。

空闲条件：I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时；表示空闲状态。

数据传输字节传输发送数据时，由主机先发送一个起始信号，再将SDA信号切换为输出模式，然后将8位数据依次由高到低发送出去。发送完成后，主机将SDA信号切换为输入模式，等待丛机回应ACK或NAK；再发下一笔数据。I2C总线数据传输示意图如下。

丛机地址在I2C总线系统中，每个设备都有它的固定地址，一般由芯片的A0,A1和A2决定。丛机地址字节由七位地址位(D7-D1位)和一位方向位(为D0位)组成。器件地址的D7-D4一般都是被厂家固定了为1111，余下的D3，D2和D1连接到芯片的A2，A1和A0决定；D0为0x00表示写，D0为0x01表示读。大家看例程都是些0xA0和0xA1就是这个原因。EEPROM的器件地址示意图如下。

读写过程写数据过程

主机发送I2C总线停止信号，防止总线忙写数据失败
主机发送I2C总线复位信号，确保写数据之前总线处于空闲状态
主机发送I2C总线开始信号，启动一次数据的写入
主机发送I2C丛机地址和写模式(W/R=0)信号，并且等待一个丛机的应答信号
主机接收到ACK的应答信号后，开始多个字节的写入，每写完一个字节需要等待一个丛机的应答信号
主机接收到ACK的应答信号后，发送2IC总线停止信号，确保总线处于空闲状态

读数据过程

主机发送I2C总线停止信号，防止总线忙写数据失败
主机发送I2C总线复位信号，确保读数据之前总线处于空闲状态
主机发送I2C总线开始信号，启动一次数据读取
主机发送I2C丛机地址和读模式(W/R=1)信号，并且等待一个丛机的应答信号
主机接收到ACK的应答信号后，开始多个字节的读取，每读完一个字节需要给丛机发送一个ACK应答信号
主机接收到ACK的应答信号后，发送I2C总线停止信号，确保总线处于空闲状态

总结 I2C总线在嵌入式开发中应用中非常广泛，基本上所有的电力电子设备都会用到这个总线。

嵌入式开发 I2C总线同步串行总线

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