我們在單片機芯片上常看到的I2C串行通信協(xié)議，最初是由飛利浦半導體公司在1982年發(fā)明的（現(xiàn)在稱為NXP半導體）。該協(xié)議提供短距離的板內的通信的有效手段，是理想的嵌入式系統(tǒng)和主要設計關注點是簡單性和低制造成本的微計算應用程序。

英銳恩單片機開發(fā)工程師表示，對于想要使用I2C協(xié)議的產品的工程師來說，以I2C語言進行編程成為必需的技能。在下面的文章中，我們對I2C信號傳輸?shù)墓ぷ髟磉M行了基本介紹。我們將介紹I2C信號傳輸協(xié)議以及I2C協(xié)議的關鍵功能，使其非常適合在嵌入式計算項目中使用。

一、I2C信號傳輸是如何傳輸?shù)模?/strong>

英銳恩單片機開發(fā)工程師介紹，我們可以從對該協(xié)議及其必需組件的基本概述開始對I2C的討論。

名稱I2C是術語“集成電路間”的縮寫。在這里，術語“集成電路”主要是指“計算機芯片”。有許多類型的計算機芯片，包括用于處理（CPU），內存（RAM和EEPROM）和其他功能的計算機芯片。集成電路間協(xié)議的概念告訴我們，該協(xié)議將允許這些單獨的芯片相互通信。實際上，這正是I2C協(xié)議的用途。

I2C協(xié)議旨在使多個從設備（例如內存和其他外圍芯片）能夠在短距離上與一個或多個主設備（例如微控制器）進行通信。重要的是，I2C通信協(xié)議允許在多個從設備與一個以上的主設備之間進行精確的通信：多達1008個單獨的設備可以通過同一條總線進行通信。使這成為可能的協(xié)議功能是兩線配置，從機尋址以及與I2C相關聯(lián)的已定義消息協(xié)議。

I2C通信協(xié)議使用兩線配置傳送消息。串行時鐘線（通常縮寫為SCL）通過將時鐘信號從主設備傳輸?shù)綇脑O備來同步I2C總線上主設備和從設備之間的數(shù)據傳輸。在I2C中，時鐘信號始終由主設備生成。I2C中的第二條線稱為串行數(shù)據線或SDA。該導線允許在主設備和從設備之間進行雙向數(shù)據傳輸。

二、I2C總線協(xié)議

英銳恩單片機開發(fā)人員表示，串行通信協(xié)議基本上是一組規(guī)則，它定義了一個或多個電子設備之間的通信的共同的語言和語法。對于使用I2C的任何設備，數(shù)據傳輸將始終由主設備啟動。這是因為I2C中的主設備控制時鐘線，該時鐘線使總線上的所有數(shù)據傳輸同步。

源自I2C總線上的主設備的消息遵循可預測的格式：

1.要傳輸數(shù)據，主設備必須生成一個START條件。
2.在啟動條件之后，將發(fā)送一個從地址，以指示將消息發(fā)送到的位置。
3.單個位指示主設備是否將從從設備讀取或寫入數(shù)據。
4.在傳輸數(shù)據的每個字節(jié)之后使用ACK位來確認接收。
5.數(shù)據以單字節(jié)（8位）塊的形式傳輸，然后是ACK位。
6.當消息結束時，STOP條件表示數(shù)據傳輸結束。

三、啟動和停止條件

通信協(xié)議的目的是實現(xiàn)多個主從設備之間的通信，通信通過一系列通過SDA導線傳輸?shù)南⑦M行。英銳恩單片機開發(fā)人員解釋，當需要發(fā)送消息時，系統(tǒng)必須生成指示消息開始的START條件，然后生成指示消息結論的STOP條件，就像在電話的任何一端說“你好！”和“再見！” 。

在I2C協(xié)議中，通信線為“漏極開路”，必須使用上拉電阻激活。當需要發(fā)送消息時，通過在SDA線中產生從高到低的變化來創(chuàng)建START條件。保持SDA線為高電平的上拉電阻被釋放，并且該線被拉低-這必須在SCL被拉高時完成。相反，當SDA線從低電平變?yōu)楦唠娖角襍CL被拉低時，將產生STOP條件。

在任何使用I2C的設備中，都使用上拉電阻器在四種基本工作模式之間切換設備。有些設備同時使用全部四個，而其他I2C設備只能使用一個或兩個。四種潛在的操作模式是：

1.主設備將數(shù)據傳輸?shù)綇脑O備。
2.主設備從從設備接收數(shù)據。
3.從設備將數(shù)據傳輸?shù)街髟O備。
4.從設備從主設備接收數(shù)據。

四、從站尋址

英銳恩單片機開發(fā)工程師介紹，在I2C協(xié)議中，從設備尋址可確保在主設備發(fā)送消息時將正確的從設備標識為收件人。I2C協(xié)議支持兩種不同的從地址尋址格式：7位尋址和10位尋址。

在7位尋址中，從設備的地址在START條件之后立即以7位發(fā)送。第8位用作讀/寫指示符，其中0指示主機要向從機寫入信息，而1指示主機要從從機讀取信息。7位尋址通常將允許多達128個設備在總線上具有唯一的從機地址，但是保留16個7位地址用于特殊功能，則該數(shù)目略低，為112。

在10位尋址中，可以使用全部10位地址，這意味著最多可以將1024個從設備連接到系統(tǒng)。在此，在啟動條件之后使用特殊的保留地址來指示存在10位地址。在10位地址指示符之后，將發(fā)送地址的前兩位，然后是讀/寫指示符，然后是ACK。一旦從機確認了主機，主機發(fā)送的下一個字節(jié)將包含其余的從機地址。

英銳恩單片機開發(fā)人員表示，我們還經常看到一些使用8位尋址方案的從設備。盡管這些設備未遵循典型的I2C約定，但仍然存在使用I2C協(xié)議與8位尋址從設備進行通信的方法。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的單片機中I2C通信協(xié)議的基本原理。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發(fā)，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機、運放芯片和模擬開關。