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嵌入式系统I2C总线详解与应用.docx
资料介绍
27 嵌入式系统I2C总线详解与应用
一、引言
I2C（Inter-Integrated Circuit）总线由飞利浦公司开发，是一种同步、多主从的串行通信总线，在嵌入式系统中应用极为广泛。I2C 仅需两根线——串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL），即可连接多个器件，且每个器件通过唯一的地址进行识别。这种简洁的接线方式使 I2C 成为传感器、存储器、I/O 扩展芯片等外设的理想通信接口。
二、I2C 总线物理层
I2C 总线使用开漏（Open-Drain）输出，SDA 和 SCL 线通过上拉电阻连接到电源电压。当总线空闲时，SDA 和 SCL 均为高电平。设备通过将总线拉低来传输数据。这种开漏结构允许多个设备共享总线，通过仲裁机制解决冲突。
上拉电阻的阻值选择需要平衡功耗和信号完整性。阻值过大会导致信号上升沿变缓，限制总线速率；阻值过小则功耗增加。标准模式下（100kHz），常用 4.7kΩ 上拉电阻；快速模式（400kHz）下，常用 2.2kΩ 上拉电阻。
I2C 总线的最大电容负载限制为 400pF，超过此限制会导致信号失真。在长距离通信或设备数量较多时，需要使用 I2C 总线缓冲器或中继器来扩展总线驱动能力。
三、I2C 通信协议
I2C 通信由起始条件、从设备地址、读写位、数据字节、应答位和停止条件组成。
起始条件：SCL 为高电平时，SDA 从高电平切换到低电平。停止条件：SCL 为高电平时，SDA 从低电平切换到高电平。
地址帧：起始条件后，主设备发送 7 位从设备地址和 1 位读写标志。读写标志为 0 表示写操作，为 1 表示读操作。每个地址字节后跟一个应答位，从设备在收到地址后拉低 SDA 表示应答。
数据帧：地址确认后，开始传输数据字节。每个数据字节为 8 位，高位在前。每个字节后跟一个应答位，接收方拉低 SDA 表示应答。数据传输完成后，主设备发送停止条件。
多字节传输：I2C 支持连续传输多个字节。在写操作中，主设备连续发送数据字节，每个字节后从设备应答。在读操作中，主设备在接收每个字节后发送应答，最后一个字节不发送应答以通知从设备停止发送。
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