如果您正在使用OLED顯示器，氣壓傳感器或陀螺儀/加速度計(jì)模塊的項(xiàng)目，您可能會發(fā)現(xiàn)正在使用I2C總線。

　　I2C總線簡介

　　I2C結(jié)合了SPI和UART的優(yōu)點(diǎn)。使用I2C，您可以將多個從設(shè)備連接到單個主設(shè)備上（如SPI），并且可以讓多個主器件控制單個或多個從器件。當(dāng)您希望有多個微控制器記錄數(shù)據(jù)到單個存儲卡或?qū)⑽谋撅@示到單個LCD時，這非常有用。

　　與UART通信一樣，I2C僅使用兩條線在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)：

　　SDA（串行數(shù)據(jù)） - 主站和從站發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的線路。

　　SCL（串行時鐘） - 承載時鐘信號的線路。

　　I2C是一種串行通信協(xié)議，因此數(shù)據(jù)沿著單線（SDA線）逐位傳輸。

　　與SPI一樣，I2C是同步的，因此位輸出通過主機(jī)和從機(jī)之間共享的時鐘信號與位采樣同步。時鐘信號始終由主機(jī)控制。

　　I2C如何工作

　　使用I2C時，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成messages，messages則被分解為數(shù)據(jù)幀。每條messages都有一個地址幀，其中包含從站的二進(jìn)制地址，以及一個或多個包含正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀。該消息還包括每個數(shù)據(jù)幀之間的啟動和停止條件，讀/寫位和ACK / NACK位：

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　　啟動條件：在SCL線路從高電平切換到低電平之前，SDA線路從高電平切換到低電平。

　　停止條件：SCL線路從低電平切換到高電平后，SDA線路從低電平切換到高電平。

　　地址幀：每個從站的7或10位序列，用于在主站想與之通信時識別從站。

　　讀/寫位：單個位，指定主器件是向從器件發(fā)送數(shù)據(jù)（低電壓電平）還是從器件請求數(shù)據(jù)（高電壓電平）。

　　ACK / NACK位：消息中的每個幀后跟一個應(yīng)答/不應(yīng)答位。如果成功接收到地址幀或數(shù)據(jù)幀，則從接收設(shè)備向發(fā)送方返回ACK位。

　　地址

　　I2C沒有像SPI這樣的從選擇線，因此它需要另一種方法讓從器件知道數(shù)據(jù)正在發(fā)送給它，而不是另一個從器件。它通過地址來做到這一點(diǎn)。地址幀始終是新消息中起始位之后的幀。

　　主設(shè)備將與其通信的從設(shè)備的地址發(fā)送給與其連接的每個從設(shè)備。然后，每個從設(shè)備將從主設(shè)備發(fā)送的地址與其自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，則將低電壓ACK位發(fā)送回主機(jī)。如果地址不匹配，則從器件不執(zhí)行任何操作，SDA線保持高電平。

　　讀/寫位

　　地址幀在末尾包括一個位，用于通知從設(shè)備，主設(shè)備是想要向其寫入數(shù)據(jù)還是從主設(shè)備接收數(shù)據(jù)。如果主設(shè)備想要向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，則讀/寫位是低電平。如果主設(shè)備向從設(shè)備請求數(shù)據(jù)，則該位是高電平。

　　數(shù)據(jù)框架

　　在主設(shè)備檢測到來自從設(shè)備的ACK位之后，準(zhǔn)備好發(fā)送個數(shù)據(jù)幀。

　　數(shù)據(jù)幀始終為8位長，并以有效位先發(fā)送。緊接著每個數(shù)據(jù)幀的ACK / NACK位以驗(yàn)證幀已被成功接收。在發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀之前，主機(jī)或從機(jī)必須接收ACK位（取決于發(fā)送數(shù)據(jù)的人）。

　　在發(fā)送了所有數(shù)據(jù)幀之后，主設(shè)備可以向從設(shè)備發(fā)送停止條件以停止傳輸。停止條件是SCL線上從低電平到高電平轉(zhuǎn)換后，SDA線上從低電平變?yōu)楦唠娖剑琒CL線保持高電平。

　　I2C數(shù)據(jù)傳輸步驟

　　1.主機(jī)向每一個連接的從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，然后將SDA信號從高切換到低，之后在將SCL從高切換到低電平。

　　2.主設(shè)備向每個從設(shè)備發(fā)送它想要與之通信的從設(shè)備的7或10位地址，以及讀/寫位：

　　3.每個從設(shè)備將主設(shè)備發(fā)送的地址與其自己的地址進(jìn)行比較。如果地址匹配，則從器件通過將SDA線拉低一位來返回ACK位。如果主設(shè)備的地址與從設(shè)備的地址不匹配，則從設(shè)備將SDA線保持為高電平。

　　4.主設(shè)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)幀：

　　5.在傳輸了每個數(shù)據(jù)幀之后，接收設(shè)備將另一個ACK位返回給發(fā)送方以確認(rèn)成功接收到該幀：

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　　6.要停止數(shù)據(jù)傳輸，主機(jī)通過在將SDA切換為高電平之前切換SCL為高電平來向從機(jī)發(fā)送停止條件：

　　有多個從設(shè)備的單一主設(shè)備

　　由于I2C使用尋址，因此可以從單個主設(shè)備控制多個從設(shè)備。使用7位地址，可以使用128（27）個地址。使用10位地址并不常見，但提供1,024（210）個地址。要將多個從器件連接到單個主器件，請像這樣連接它們，使用4.7K歐姆上拉電阻將SDA和SCL線連接到Vcc：

　　有多個從設(shè)備及多個主設(shè)備

　　多個主設(shè)備可以連接到單個從設(shè)備或多個從設(shè)備。當(dāng)兩個主設(shè)備嘗試通過SDA線同時發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，同一系統(tǒng)中出現(xiàn)多個主設(shè)備的問題。為了解決這個問題，每個主設(shè)備需要在發(fā)送消息之前檢測SDA線路是低還是高。如果SDA線為低電平，則表示另一個主控制器已控制總線，主控制器應(yīng)等待發(fā)送消息。如果SDA線路很高，那么傳輸信息是安全的。要將多個主設(shè)備連接到多個從設(shè)備，請使用下圖，使用4.7K歐姆上拉電阻將SDA和SCL線路連接到Vcc：

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　　I2C的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

　　與其他協(xié)議相比，I2C聽起來很復(fù)雜，不容易在程序中實(shí)現(xiàn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、無應(yīng)答、“死等”等問題。但卻有很多優(yōu)點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)

　　只使用兩根電線

　　支持多個主服務(wù)器和多個從服務(wù)器

　　ACK / NACK位確認(rèn)每個幀都已成功傳輸

　　硬件沒有UART那么復(fù)雜

　　眾所周知且廣泛使用的協(xié)議

　　缺點(diǎn)

　　數(shù)據(jù)傳輸速率比SPI慢

　　數(shù)據(jù)幀的大小限制為8位

　　實(shí)現(xiàn)比SPI更復(fù)雜的硬件