常用接口及外设之I2C

i2c

协议 线数 组成 结构 传输模式 传输速率 传输距离 典型应用
I2C 2 SDA（数据）、SCL（时钟） 主从（一主多从） 同步半双工，有时钟 100kbps~3.4Mbps <1m 低功耗、适用于短距离多设备通信（传感器、EEPROM）。
SPI 4+ MOSI（主→从）、MISO（从→主）、SCK（时钟）、CS（片选） 主从（一主多从） 同步全双工，有时钟 1Mbps~100Mbps <1m 最快速，适用于高数据吞吐（Flash、LCD）
UART 2 TX（发送）、RX（接收） 点对点 异步，无需时钟 9600bps~1Mbps（部分 MCU 可达 12Mbps） <15m 串口调试和低速数据通信
CAN 2 CAN_H（高电平）、CAN_L（低电平） 多对多 同步半双工，有时钟 10kbps~1Mbps 40m~1km 最可靠，适用于远距离多设备（汽车、工业总线）。

定义

I²C（Inter-Integrated Circuit）是一种 同步、半双工、串行通信协议，由 飞利浦（现NXP） 开发，主要用于短距离、低速设备通信，例如传感器、EEPROM、RTC（Real-Time Clock） 等。

特点

线数 2（SCL/SDA）
数据帧大小 8bit数据包
标准模式（Standard Mode） 100 kbps
快速模式（Fast Mode） 400 kbps
高速模式（High-Speed Mode） 3.4 Mbps
超高速模式（Ultra-Fast Mode） 5 Mbps
严格的波特率 否
master数量 不限
slave数量 7-bit 地址模式：最多支持128个从设备

通讯协议

① I²C 采用 主从（Master-Slave） 通信架构：
主设备（Master）：控制总线，产生时钟信号，启动和终止数据传输。
从设备（Slave）：等待主机访问，被动接收或发送数据。

② I²C 设备地址：
7-bit 地址模式：最常用，每个从机有一个 7-bit 地址，最多支持 128 个设备。
10-bit 地址模式：支持更多设备，但较少使用。

7-bit 地址模式

起始位（S） A6 A5 ... A0 R/W ACK 数据 Byte ACK 数据 Byte ACK 停止位（P）

start --> slave地址 --> master读写 --> slave确认 -->数据传输--> slave确认 -->数据传输 --> stop

R/W 为0时，表示写操作，主设备向从设备写数据；为1时，表示读操作，主设备从从设备读取数据；

③ 数据传输格式

I²C 数据传输采用 字节（Byte）传输，每次传输 8-bit 数据，并使用 ACK（应答信号） 确认。

④完整传输流程

  • 起始信号（S）：SCL高电平时，主设备将SDA由高电平拉到低电平，表示数据开始传输；
  • 开始信号之后7bit是slave 地址帧；master设备控制SDA的高低发送salve地址；指定主机通讯的对象；
  • 7bit地址帧之后是R/W，确认数据传输方向；
  • salve设备发送ACK信号，将SDA拉低，之后开始传输数据；
  • 接下来8个时钟周期内，如果是写操作，则主设备控制SDA的高低，向从设备写入数据，如果是读操作则从设备控制SDA的高低，主设备从从设备读取数据；
  • 数据采用 字节（Byte）传输，每次传输 8-bit 数据，并使用 ACK（应答信号） 确认;
  • 在SCL每个时钟脉冲期间传输一个数据位，SCL为高电平时，SDA数据有效，SDA高电平时表示 “1”，SDA低电平时表示 “0”；
  • SCL为低电平时，SDA数据为无效数据，此时SDA可以进行电平切换；
  • 停止信号（P）:SCL高电平时，主设备将SDA由低电平向高电平转换，表示数据结束传输。

i2c多master仲裁

典型场景：多个主设备几乎同时向从设备发送数据。如果没有仲裁机制，会造成数据混乱或总线冲突。
仲裁原理：仲裁发生在地址阶段（发送地址期间），

  1. 所有主设备同步发送数据（地址位），并边发送边监听 SDA 线的电平；
  2. 如果某个主设备发送高电平但 SDA 实际为低电平（说明另一个主机拉低了SDA），则说明发生冲突；
  3. 检测到冲突的一方自动停止传输，放弃控制总线；
  4. 胜出的主设备继续传输。
    示例：
    假设两个主设备A和B尝试发送不同的地址：
    主A发送：1010000
    主B发送：1010011

前4位一致，第5位开始分歧：

Bit Index 主A发送 主B发送 实际SDA 结果
1-4 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 都继续
5 0 0 0 都继续
6 0 1 0 B败出

在第6位，主B发送1，但实际SDA为0（A在拉低），B检测到冲突，退出。谁在发0谁赢；

参考链接：

https://blog.csdn.net/weixin_49259827/article/details/133638704?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2defaultbaidujs_baidulandingword~default-1-133638704-blog-145404621.235v43pc_blog_bottom_relevance_base2&spm=1001.2101.3001.4242.2&utm_relevant_index=4

https://blog.csdn.net/2301_79475128/article/details/145404621?spm=1001.2101.3001.6650.4&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~YuanLiJiHua~Position-4-145404621-blog-131834694.235^v43^pc_blog_bottom_relevance_base2&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~YuanLiJiHua~Position-4-145404621-blog-131834694.235^v43^pc_blog_bottom_relevance_base2&utm_relevant_index=9

https://blog.csdn.net/caiji0169/article/details/142891513?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2defaultbaidujs_baidulandingword~default-0-142891513-blog-133638704.235v43pc_blog_bottom_relevance_base2&spm=1001.2101.3001.4242.1&utm_relevant_index=3

posted @ 2025-03-27 11:20  chivalrySun  阅读(557)  评论(0)    收藏  举报