I2C学习总结

i2c概述

I2C（Inter-Intergreted Circuit） 是一种串行通信协议，用于集成电路之间完成数据传输，i2c用广泛用以各种领域，包括电子设备、嵌入式系统、工业自动化等；

i2c仅仅只是一个数据传输的协议，具体传输的数据用途由上层决定；

针对i2c协议的一个小例子

该例子灵感出自参考文档；

针对上图中：我们类比单片机A为课堂中的老师，其它设备为学生；课堂上会有一些互动，如下流程说明，后面会针对例子和i2c中的通信做一些联系，这里有个大概流程即可；

• 老师呼叫甲同学背诵课文
  1. 老师怒拍讲台，大喊安静；
  2. 点名甲同学，你给我背诵下《蜀道难》；
  3. 甲同学接收到请求，并回复收到；
  4. 此后开始背诵；“噫吁嚱，危乎高哉！蜀道之难，难于上青天！.....”
  5. 老师在甲同学背诵过程中不断的点头回应。
  6. 在甲同学背诵完成后，老师发话：“真不错，坐下吧”；（要不然甲同学会很尴尬）
• 老师公布分数流程
  1. 老师又怒拍讲台，大喊安静，
  2. 老师点名：‘甲同学’；
  3. 甲同学回复：‘到’；
  4. 老师：‘我要告诉你分数了’；
  5. 甲同学回应：‘好的’；
  6. 老师：‘93分’；
  7. 甲同学：‘好的，我知道了’；
  8. 老师随即咳嗽一声，准备叫下一个同学；

协议特点

这里先抛出协议的特点，后续知识点说明部分会有针对性的说明；

1. 仅需两根线即可完成通信（SDA、SCL）；
2. 均连接到总线上，无特定的主从之分，每个设备可访问总线上的其它设备；
3. 串行通信，存在时钟线SCL用作接收指示；
4. 总线上的设备既可以接收数据，也可以发送数据。但二者为互斥关系，所以为半双工通信方式；
5. 存在应答机制，可实现接受侧的反压；

i2c重要知识点说明

SDA、SCL通信知识

1. 默认情况下SDA、SCL的值均为1；
2. 任何一个设备想要控制SDA、SCL输出0即可，输出1可通过外部的上拉完成输出1；
3. 多个设备间的SDA、SCL为线与功能。当多个设备输出冲突时，将多个设备期望输出值进行与操作，即为最终SDA、SCL上的值；

i2c写操作

1. 刚开始主机要发出一个start信号，然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个从机写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)。

2. slave回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据，传输数据之后，要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。

每传输一个数据，接受方都会有一个回应信号，数据发送完之后，主机就会发送一个P停止信号。

白色背景：主→从

灰色背景：从→主

注意点：

1. 写操作除了要指定设备地址，还需要指定对设备发生访问的地址，第一个数据为访问地址；；

带入前面的例子理解写过程

• 老师公布分数流程

  1. 老师又怒拍讲台，大喊安静，（月考后，开始点名说分数）；—发送start；
  2. 老师点名：‘甲同学’；—发送设备地址，指定甲同学；
  3. 甲同学回复：‘到’；—回应，代表从机存在并准备好了；
  4. 老师：‘我要告诉你分数了’；—指定要告知的是分数，也就是会知道写地址，指示从机该内容含义；
  5. 甲同学回应：‘好的’；—从机回应
  6. 老师：‘93分’； —发送数据；
  7. 甲同学：‘好的，我知道了’；—回应
  8. 老师随即咳嗽一声，准备叫下一个同学；— 发送P结束条件；

  以上例子i2c传输对应的其实就是教室里的声音，由于是单线的，所以也就是教室里只能存在一种声音，所以老师与同学之间的交流是串行执行的。当然可能我们人类由于存在某些潜规则，使得通信变的更简单了，但是电子设备中没有这种潜意识，所以需要再帧内指定地址、读写指示、从设备响应等动作完成一次通信；

i2c读操作

1. 刚开始主机要发出一个start信号，然后发出一个设备地址(用来确定是从哪一个芯片读取数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)。
2. 回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据，传输数据之后，要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后在传输下一个数据。
3. 每传输一个数据，接受方都会有一个回应信号，数据发送完之后，主机就会发送一个P停止结束信号。

白色背景：主→从

灰色背景：从→主

说明：slave侧在完成一次传输后，需要master指示是否结束，或者进行下一次传输。slave默认会在当前地址进行递增动作进行下一次传输；读操作默认在上一写操作结束地址发生；

i2c读操作例子解读

• 老师呼叫甲同学背诵课文
  1. 老师怒拍讲台，大喊安静；—start
  2. 点名甲同学；你给我背诵下《蜀道难》；—指定为读操作，并指定读的内容为《蜀道难》
  3. 甲同学接收到请求，并回复收到；—回应
  4. 此后开始背诵；“噫吁嚱，危乎高哉！蜀道之难，难于上青天！.....”—读数据
  5. 老师在甲同学背诵过程中不断的点头回应。—主机回应
  6. 在甲同学背诵完成后，老师发话：“真不错，坐下吧”；（要不然甲同学会很尴尬）—slave回应NACK,主机结束一次传输；

同写操作，人主观存在潜规则，通过例子理解I2c时注意需明确指定相关内容，电子设备才可以正确动作；

Start 和Pause条件

1. 当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通信的起始。
2. 当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通信的停止。

发送点、采样点

i2c总体的数据线与采样时钟线的配合为：

1. 当SCL为低时完成数据的改变，此时不会发送采样动作；
2. 当SCL为高时完成数据的采样，此时完成数据采样动作；

I2c其它特性

1. 响应可分为ACK和NACK，用以指示是否继续传输还是结束传输；
   • ACK主要用以指示传输完成；
   • NACK主要用以传输的一些特殊情况，如下：
     • I2C总线上没有主机所指定地址的从机设备
     • 从机正在执行一些操作，处于忙状态，还没有准备好与主机通讯
     • 主机发送的一些控制命令，从机不支持
     • 主机接收从机数据时，主机产生非应答信号，通知从机数据传输结束，不要再发数据了
2. i2c slave会记住上一次操作的地址。下一次发送读动作即从该地址开始；所以要进行读之前需有一个无写数据的写动作；
3. SCL、SDA的默认值为高；
4. SDA的控制用主机和从机交替控制，同一时间仅一个设备控制。读写操作中的主机发送完相关信息后，需释放SDA的控制，由Slave控制是否应答；

参考文档

以上仅解释了大体部分，但i2c的其它特点还可以从以下文章学习到：

一篇短文让你彻底理解什么是I2C通信-CSDN博客

一文看懂I2C协议 - 知乎 (zhihu.com)

4分钟看懂！I2C通讯协议 最简单的总线通讯！_哔哩哔哩_bilibili