I2C
- I2C
- 1. I2C是什麼？
- 2. I2C匯流排的特點
- 3. 5種速率模式
- 3. I2C匯流排的硬體設計
- 4. I2C匯流排協議
- 4.1. I2C匯流排術語的定義
- 4.2. 資料傳輸方式
- 4.3. 4種訊號
- 5. 總結
- others
參考連結：
- UM10204 I2C-bus specification and user manual Rev. 7.0
- 一文看懂I2C協議 - 王超的文章 - 知乎
- I²C（IIC）匯流排協議詳解—完整版 - 曾小慶的文章 - 知乎
- 微控制器I2C通訊入門(上)：硬體部分有哪些注意點?
- 微控制器I2C通訊入門(下)：三份檔案搞清楚I2C通訊協議
1. I2C是什麼？
I2C的全稱是Inter-Integrated Circuit，意思是晶片與晶片之間的通訊。它是由Philips(飛利浦)公司，現NXP(恩智浦)半導體開發的一種簡單的雙向兩線制匯流排協議標準。
2. I2C匯流排的特點
翻譯自UM10204 I2C-bus features
- 只需要兩線：一個序列資料線（SDA），一個序列時鐘線（SCL）
- 連線到匯流排的每一個裝置都可以透過唯一的地址進行軟體定址，並且始終存在簡單的控制器/目標關係；控制器可以作為控制器-傳送器或者控制器-接收器執行。
- 是真正的多控制匯流排，包括衝突檢測和仲裁，以防止在兩個或更多個控制器同時啟動資料傳輸時損壞資料。
- 序列、8位、雙向資料傳輸在標準模式下最高可達100 kbit/s，在快速模式下最高可達400 kbit/s，在快速模式+下最高可達1 Mbit/s，在高速模式下最高可達3.4 Mbit/s。
- 序列、面向 8 位的單向資料傳輸，在超快模式下傳輸速度高達 5 Mbit/s。
- 片內濾波可抑制匯流排資料線上的尖峰，以保持資料完整性。
- 可連線到同一匯流排的IC數量僅受最大匯流排電容的限制。在某些情況下，可能允許更大的電容。
3. 5種速率模式
| 速率模式-ch | 速率模式-en | 速率 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 標準模式 | Standard-mode | 100 kbit/s | |
| 快速模式 | Fast-mode | 400 kbit/s | |
| 快速模式+ | Fast-mode Plus | 1 Mbit/s | |
| 高速模式 | High-speed mode | 3.4 Mbit/s | |
| 超快模式 | Ultra Fast-mode | 5Mbps | 單向傳輸 |
3. I2C匯流排的硬體設計
I2C匯流排對於裝置上的IO口進行了一些閹割，匯流排在預設狀態下是高電平，MOS管導通時變為低電平。
I2C匯流排為了解決多裝置共用匯流排而不燒燬電路的問題，採用了開漏輸出的方案，配合上拉電阻，可以輸出完整的高低電平。上拉電阻值，在匯流排裝置多，速度要求高的時候可以設定相對小一些。
4. I2C匯流排協議
4.1. I2C匯流排術語的定義
| Term | 術語 | Description 描述 |
|---|---|---|
| Transmitter | 發射機 | 向匯流排傳送資料的裝置 |
| Receiver | 接收機 | 從匯流排接收資料的裝置 |
| Controller | 控制器 | 啟動傳輸、生成時鐘訊號並終止傳輸的裝置 |
| Target | 目標 | 控制器定址的裝置 |
| Multi-controller | 多控制器 | 多個控制器可以嘗試同時控制匯流排，而不會損壞訊息 |
| Arbitration | 仲裁 | 程式以確保如果多個控制器同時嘗試控制匯流排，則只允許一個控制器這樣做，並且獲勝訊息不會損壞 |
| Synchronization | 同步 | 同步兩個或多個裝置的時鐘訊號的過程 |
獲勝訊息：在多個控制器爭奪匯流排控制權的過程中，最終成功獲得控制權的控制器所傳送的資訊
4.2. 資料傳輸方式
- 假設微控制器 A 想要向微控制器 B 傳送資訊：
- A（控制器）定址 B（目標）
- A（控制器-傳送器），將資料傳送到B（目標接收器）
- A 終止傳輸。
- 如果 A 想要從 B 接收資訊：
- A（控制器）定址 B（目標）
- A（控制器-接收器）從 B（目標傳送器）接收資料
- A 終止傳輸。
4.3. 4種訊號
- 起始訊號
- SCL處於高電平時，SDA由高到低變化，這種訊號是起始訊號。
- 停止訊號
- SCL處於高電平時，SDA由低到高變化，這種訊號是停止訊號。
- 應答訊號
- I2C最大的一個特點就是有完善的應答機制，從機接收到主機的資料時，會回覆一個應答訊號來通知主機表示“我收到了”。
- 應答訊號出現在1個位元組傳輸完成之後，即第9個SCL時鐘週期內，此時主機需要釋放SDA匯流排，把匯流排控制權交給從機，由於上拉電阻的作用，此時匯流排為高電平，如果從機正確的收到了主機發來的資料，會把SDA拉低，表示應答響應。
- 非應答訊號
- 當第9個SCL時鐘週期時，SDA保持高電平，表示非應答訊號。
5. 總結
- I2C 4種訊號的分別是什麼形式？
others
只能說自己對於I2C的瞭解程度還是不夠的。之前使用I2C，無非是驅動OLED螢幕、讀取感測器的值這樣的任務，沒有使用I2C匯流排連線多個裝置使用。以後一定要做個小專案切身體驗一下，加深理解。