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通过实例来分析I2C基本通信协议

2024-07-09 03:31:09   221人阅读

本文旨在用最通俗易懂的方式，让大家明白I2C通信的过程究竟是怎么回事。
I2C起源于飞利浦公司的电视设计，但之后朝通用路线发展，各种电子设计都有机会用到I2C


总的来说，I2C可以简单归纳为，两根线，一个时钟线，一个数据线；一个总线上，一个主控，多个从设备。I2C的作用当然是用来传输数据，它的最大特点就是仅仅用了2根线，可以完成对总线上多个从设备的有序通信，这就依赖于其通信协议了。
主控相当于I2C的大脑，每一次读写操作都必须是主控发起的。这样就保证了多个从属设备间是无法直接通信的，这样就防止了仅有的2根线上数据传输发生混乱。

我们还是简单回顾一下《I2C 简介》中的I2C 总线的几种信号状态

1. 空闲状态：SDA 和 SCL 都为高电平。

2. 开始条件(S)：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

3. 结束条件(P)：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

4. 数据有效：在 SCL 的高电平期间，SDA 保持稳定，数据有效。SDA 的改变只能发生在 SCL 的低电平期间。

5. ACK 信号：数据传输的过程中，接收器件每接收一个字节数据要产生一个 ACK 信号，向发送器件发出特定的低电平脉冲，表示已经收到数据。


  • 空闲状态

当没有数据需要读写时，大家风平浪静，时钟和数据线都是出于高电平状态，但是当传输数据时，就必须有一个规则产生，那就是


  • 开始条件(S)
Start: 在clk为高的情况下，data由高变低为start。


  • 结束条件(P)
Stop：在clk为高的情况下，data由低变高是stop。
        

  • 数据有效
只有在clk为高的时候，数据才有效。Clk为低，数据无效。



  • ACK 信号
每一个字节完成，都会有一个ack，无论由master还是slave发出。ack位是低电平，表示有应答，如果是高电平，表示无应答。


  • 读写协议
读数据需要有offset。所以offset需要先用写协议告诉slave，然后再读。
所以一个完整的写协议就是： S 7_BIT_ADD W A OFFSET A RS 7_BIT_ADD R A DATA A P
ST： 起始位
SAD: 设备地址
SAK: 从设备应答位
MAK: 主控应答位
SUB: offset
DATA: 具体数据
SP: 结束位 



  • 实例分析

二进制串为S 001111000 000010000 {RS} 001111010 110111101 P
翻译就是3C 08 3D DE
另外可以看出，RS restart 和start波形很相似，而且P之前slave没有ack，就说明slave不准备再提供数据了，说明是byte读。
如果要读多byte，因为这个是st的sensor，所以在offset位最高位写1就行了。这是st的private规定。



数据位是S 001100000 001000000 001001110 P
翻译一下就是30 20 27，slave address 18 (30/2) offset 20, data 27.


从图中可以看出，第九位应答位为高，说明并没有master并没有收到应答
数据位是S 001111001 000000001（并不是完整的波形）
翻译一下slave address 1e（3c/2） offset 0 .....

本文简单分析了I2C的读写的具体过程，以及根据几个波形图的实例，分析了具体发送的数据，供大家参考！


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