I2C总线协议

IIC总线协议

1.0 IIC总线结构

1. 数据线SDA：传输数据
   时钟线SCL：同步时钟

2. 总线每个上每个器件地址唯一

3. 总线上数据的传输速率(比特率)
   在标准模式 (Sm ) 下可达 100 kbit/s
   在快速模式 (Fm ) 下可达 400 kbit/s
   在快速增强模式 (Fm+) 下可达 1 Mbit/s
   在高速模式 (HSm) 下可达 3.4 Mbit/s

4. IIC总线传输时高位先行(MSB First)
   下图源自 AT24C02 Datasheet
   

5. SDA线为了实现总线的线与特性需要设置为开漏+上拉结构，由外部上拉电阻决定，上拉电阻越大，信号上升时间越长，总线最大速率越低，抗干扰能力越弱，反之。(一般取4.7k，10k，100k) 同时上拉电阻过小，会导致低电平实际电压过高，影响数据传输
   I2C总线上的电阻 - 功能与阻值范围的确定_哔哩哔哩_bilibili

1.1 逻辑线与

1.2 起始位

在SCL高电平时，向SDA发送下降沿

1.3 寻址

发送从机地址(7位 or 10位)

(7位地址)

R/W#位:填写数据传输的方向
R/W# = 0, 写
R/W# = 1, 读
0 - Ack - Acknowledge
1 - NAK - Not Acknowledge

为什么NAK要设置为1生效?

因为当iic总线空闲时, SDA线会被上拉电阻拉至高电平, 所以当NAK(无回复)时, NAK = 1;

寻址阶段出现NAK的原因：

1. 地址错误
2. 从机为忙状态
3. 从机故障

1.4 数据传输

I2C以字节为单位传输数据

每个字节传输后，接收方需发送 ACK（低电平）或NAK（高电平） 信号。

1.5 停止位

在SCL高电平时，向SDA发送上升沿

与起始位对比：都是在SCL为高电平时操作SDA，但是起始位为拉低(下降沿)，停止位是拉高(上升沿)

1.6 示例

1.7 I2C总线死锁

1. 在主机与从机通信器件，主机异常复位导致的死锁 环境:软件模拟I2C协议，SDA使用开漏输出

解决方法：总线访问忙检测超过设置时间进行总线恢复操作 总线恢复操作：手动输出SCL脉冲，使得从设备结束通信释放总线 1. 发送至少 9 个 SCL 脉冲（对应 I2C 规范中的 “时钟延展” 恢复流程）。 2. 发送一个 STOP 条件（SDA 从低→高，SCL 保持高）。
2. 死锁原因:
其一:
主机: I2C主机检测SDA信号为低, 认为总线处于忙状态等待总线释放
从机: I2C从机等待SCL信号从高至低，释放应答信号
总结: 主机等待从机释放SDA, 从机等待主机释放SCL, 互相等待造成死锁

(13)I2C死锁解决方式二选一_哔哩哔哩_bilibili

以上图片源自B站UP主-铁头山羊