對於嵌入式開發的朋友來說,I2C協議實在是再熟悉不過了,有太多的器件,採用的都是通過I2C來進行相應的設定。今天,我們就隨便聊聊這個I2C協議。

 

I2C協議中最重要的一點是I2C地址。這個地址有7位和10位兩種形式。7位能夠表示127個地址,而在實際使用中基本上不會掛載如此多的設定,所以很多裝置的地址都採用7位,所以本文接下來的說明都是基於此。

 

I2C還有一個很重要的概念,就是“主—從”。對於從裝置來說,它是啥都不幹的,更不會自動傳送資料;而主裝置,則是起到控制作用,一切都是從它開始。

 

除了GND以外,I2C有兩根線,分別是SDA和SCL,所有的裝置都是接到這兩根線上。那麼,這些裝置如何知道資料是傳送給它們呢?這就得依靠前面所說到的地址了。裝置I2C的地址是固定的,比如0x50,0x60等等。因為只能有127個地址,地址衝突是很常見的,所以一般裝置都會有一個地址選擇PIN,比如拉高時候為0x50,接地為0x60。如果無論拉高還是接地,都和別的晶片有衝突,那該怎麼辦呢?答案是:涼拌,沒辦法。遇到這種情況,只能換晶片了。

 

我們來看I2C協議中的資料傳輸時序圖:

 

SCL是時鐘,SDA承載的是資料。當SDA從1變動到0,而SCL還是1時,表示開始資料傳輸。接下來的7位,就是裝置的地址。緊接著的是讀寫標誌,其為1時是讀取,為0則是寫。如果I2C總線上存在著和請求的地址相對應的裝置,則從裝置會發送一個ACK訊號通知主裝置,可以傳送資料了。接到ACK訊號後,主裝置則傳送一個8位的資料。當傳輸完畢之後,SCL保持為1,SDA從0變換到1時,標明傳輸結束。

 

從這個時序圖中可以看到,SCL很重要,並且哪個時鐘沿是幹嘛的,都是確定好的。比如,前面7個必定是地址,第8個是讀寫標誌,資料傳輸必須是8位,必須接個ACK訊號等等。

 

前面的時序圖並沒有標明資料傳輸的方向,我們現在看看寫操作的資料流向:

網格的是主裝置傳送的,白色格子是從裝置傳送的。從圖示中可以看到,對於寫操作,從裝置都只是傳送ACK進行確認而已。

 

而讀操作的資料流向,就有所不同,如圖:

 

這時候,從裝置除了傳送ACK以外,緊跟著的還有資料。

 

我們用示波器來檢視波形圖,以便於理解。

 

將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL,得到波形並分析如圖:

 

從圖中可知時序如下:

  • 由主機發起,在SCL為高電平時,SDA由高到低切變,形成開始訊號;

  • 接著是7位地址和一位讀寫標誌,這裡7位地址為0111100,即0x3c,正是我們程式碼中設定的地址ID;最後一位為0表示寫操作;

  • 接著在下一個時鐘,主機以高電平狀態釋放SDA,這時從機響應,將SDA拉低了;

  • 接著是兩個8位資料00101110與響應,即0x2E,正是“.”號的ASCII碼,符合預期輸出;

  • 還有其它資料和最後的停止位,圖中被截掉了。

從圖中可知,縱向一格是200mV,則SDA和SCL的電平大概就是350mV;由於訊號筆上設定了訊號x10,因此實際電平應該大概是3.5V(理論上應該是3.3V)。橫向一格是25us,10個時鐘週期大概用了4格,即4x25us=100us,平均每個時鐘週期是10us,可算出傳輸頻率為1/10us=100,000/s,即100k bps。

 

既有讀又有寫的波形圖:

I2C是由2根線進行操作的,一個是主控時序SCL,另一根主控資料SDA

對於操作主要分成讀寫,讀寫的兩個操作有部分是相似的

而時序的操作主要分為:START,DATA,ACK,STOP,NOACK