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一、I2C物理層

I2C總線有如下特點：

1.在一個I2C總線中，可以連接多個I2C通訊設備，支持多個通訊主機及多個通訊從機。

2.一個I2C總線只使用2條總線線路，一條為雙向串行數據線SDA，一條串行時鐘線SCL。

數據線用來傳輸數據，時鐘線用于數據同步。

3.每個連接到總線上的設備都有一個獨立的地址，通訊主機可以用這個地址進行不同

設備之間的訪問。

4.總線通過上拉電阻連接到電源。當I2C設備空閑時，會輸出高阻態(tài)（意思是既不輸出

高電平，也不輸出低電平），而當所有設備都空閑時，都輸出高阻態(tài)，由上拉電阻把總線

拉成高電平。

5.多個主機同時使用總線時，為了防止數據沖突，會利用仲裁方式決定哪個設備占用總線。

6.具有三種傳輸模式：標準模式，傳輸速率為100Kbit/s

快速模式，傳輸速率為400Kbit/s

高速模式，傳輸速率為3.4Mbit/s（目前大多數I2C設備尚不支持）

7.連接到相同總線的IC數量受到總線的最大電容400pF限制。

二、I2C協(xié)議層

I2C總線協(xié)議如下：

1.只有在總線空閑時，才允許啟動數據傳送。

2.在數據傳送過程中，當時鐘線為高電平時，數據線須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許隨意跳變。

時鐘線為高電平時，數據線任何電平的跳變都被看做總線的起始或停止信號。

起始信號：時鐘線保持高電平，數據線電平由高到低的跳變作為I2C總線的起始信號。

停止信號：時鐘線保持高電平，數據線電平由低到高的跳變作為I2C總線的停止信號。

應答信號ACK和非應答信號NACK：傳輸時主機產生時鐘，在傳輸完一個字節(jié)的數據后，

數據發(fā)送端將SDA的電平置高后釋放SDA的控制權，在第9個時鐘時，由數據接收端控制SDA。

若此時接收端將SDA電平置高，表示非應答信號NACK,若此時接收端將SDA電平置低，

則表示應答信號ACK。

數據有效性：I2C使用SDA信號線來傳輸數據，使用SCL信號線進行數據同步。SDA信號線

在SCL的每個時鐘周期傳輸一位數據。傳輸時，SCL為高電平時SDA數據有效，即：此時SDA

為高電平表示數據“1”，SDA為低電平，表示數據“0”’。當SCL為低電平時，數據接收方不對SDA

上的電平進行采集，在這個時候，發(fā)送方可以進行SDA電平的切換，為下一比特數據的傳輸做好

準備。

地址及數據方向：I2C協(xié)議規(guī)定，設備地址可以是7位或10位（一般7位就夠了）。緊跟

設備地址的一個數據位用來表示數據傳輸方向，它是數據方向位，第8位或第11位。數據

方向位為1時表示主機由從機讀數據，為0時表示主機向從機寫數據。

響應：響應包括應答信號ACK和非應答信號NACK。作為數據接收端，無論主機從機，接收

到一個字節(jié)的數據后，若希望對方繼續(xù)發(fā)送數據，則需要向對方發(fā)送ACK信號。發(fā)送方在

收到接收方發(fā)送的ACK信號后，才繼續(xù)發(fā)送下一個字節(jié)的數據。若接收方希望結束數據傳輸，

則向發(fā)送方發(fā)送NACK信號，發(fā)送方接收到該信號后，先發(fā)送一個停止信號，然后結束這次數據傳輸。

停止數據傳輸時，主機必須向從機發(fā)送一個停止信號，不論是主機收到ACK后還是收到NACK后，

只要是結束數據傳輸，主機必須向從機發(fā)送一個停止信號。

如果我們直接控制STM32的2個GPIO引腳，分別用作SCL和SDA,按照上述信號

的時序要求，輸出時像控制LED燈那樣，輸入時則讀取SDA電平，就可以實現(xiàn)I2C

的通訊。由于直接控制GPIO引腳電平產生I2C通信時序，需要由CPU控制每個時刻

的引腳狀態(tài)，所這種軟件模擬協(xié)議的方式，也稱為“模擬I2C”。

相對的，還有硬件控制的方式。STM32的I2C片上外設專門負責實現(xiàn)I2C通信協(xié)議。

關鍵字：STM32 I2C協(xié)議物理層引用地址：STM32總結之I2C協(xié)議

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