[百问网 7Day物联网智能家居实战训练]模块 I²C

I²C概述：

多主从架构串行通信总线

用于MPU/MCU与低速外部设备连接通信、数据传输。

组成：I²C由两条线

SDA	双向串行数据线
SCL	串行时钟线

独立的地址：

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址。主机可以通过该地址来访问不同设备。

两种I²C实现方式：

模拟I²C	用GPIO来模拟I²C时序	方便移植
硬件I²C	使用MCU的I²C控制器，设置好I²C控制器, 就自动实现协议时序	工作效率相对较高

数据有效性

SCL为高电平时表示有效数据，SDA为高电平表示“1”，低电平表示“0”；SCL为低电平时表示无效数据，此时SDA会进行电平切换，为下次数据表示做准备。

开始信号 和 结束信号

起始信号（S）	SCL高电平时	SDA由高电平向低电平转换
停止信号（P）	SCL高电平时	SDA由低电平向高电平转换

应答信号

传输的8位数据后：从机反馈一个应答位【确认从机是否正常接收数据】;

主机发送了8位数据后：产生一个时钟，主机放开SDA的控制，读取SDA电平，必须从机拉低[在上拉电阻的影响下，此时SDA默认为高]，以确认收到数据。

 

完整传输 流程

① SDA和SCL开始都为高，然后主机将SDA拉低，表示开始信号；

② 在接下来的8个时间周期里，主机控制SDA的高低，发送从机地址。其中第8位如果为0，表示接下来

是写操作，即主机传输数据给从机；如果为1，表示接下来是读操作，即从机传输数据给主机；另外，数据传输是从最高位到最低位，因此传输方式为MSB（Most Significant Bit）。

③ 总线中对应从机地址的设备，发出应答信号；

④ 在接下来的8个时间周期里，如果是写操作，则主机控制SDA的高低；如果是读操作，则从机控制

SDA的高低；

⑤ 每次传输完成，接收数据的设备，都发出应答信号；

⑥ 最后，在SCL为高时，主机由低拉高SDA，表示停止信号，整个传输结束；

 

I²C控制器：

I²C控制器，可作为通信主机或从机。

四种工作模式：主机发送模式、主机接收模式、从机发送模式、从机接收模式。

传输速度：

标准模式（Standard mode，最高速度100kHz）

快速模式（Fast mode，最高速度400kHz）。

总线支持：

SMBus2.0（System Management Bus，系统管理总线）

PMBus (Power Management Bus，电源管理总线)。

组成：

引脚	要两个引脚（SDA和SCL）	SMBA引脚仅用于SMBus模式的Alert引脚，通常不用考虑
数据收发	数据寄存器（DR） 数据移位寄存器（DSR）	发送数据：发送的字节写入DR寄存器，硬件会把DR中的字节搬到DSR中，然后在时钟信号的配合下，把DSR最高位的数据放到数据线SDA上，并对DSR进行移位操作。 接收数据：数据控制器(Data Control)根据时钟信号，把SDA线上的高低电平转换为“1”或“0”的数据，写到DSR的最低位，同时DSR移位操作，当接收完一个字节的8位数据后，把DSR中的数据搬到DR寄存器中。
时钟信号		时钟控制器(Clock Control)用于驱动同步时钟信号线SCL。通过配置时钟控制寄存器（ClockControl Register，CCR），可以调整SCL的频率。
控制逻辑	控制寄存器 （Control Register 1，CR1） （Control Register 2，CR2）	两个用于控制逻辑。通过它们可以触发起始和停止信号，做出ACK响应； 配置外设时钟频率，开启DMA和中断的功能。同时控制逻辑的状态会反馈到（Status Register 1，SR1）和（Status Register 2，SR2）两个状态寄存器上，根据它们可以知道当前总线是否被占用，本机是主设备还是从设备，数据是否发送完毕等。