IIC总线详解：从协议到应用

"UART、IIC和SPI是三种常见的嵌入式系统中的串行通信协议，广泛应用于硬件接口设计。本文将对这三种总线协议进行详细讲解，重点介绍IIC总线的工作原理和通信过程。 IIC（Inter-Integrated Circuit）总线由飞利浦公司（现NXP半导体）开发，是一种简单、高效的两线制同步串行接口。它的主要特点是使用两条线——SCL（时钟线）和SDA（数据线），这两条线均采用漏极开路或集电极开路结构，需要外部上拉电阻以确保信号的高电平状态。由于这种设计，IIC总线可以方便地连接多个设备，每个设备都有独特的7位地址，主机通过地址选择要通信的目标设备。 IIC总线通信的特点包括： 1. **半双工通信**：在同一时间，数据只能沿一个方向传输。 2. **多主机支持**：具备冲突检测和仲裁机制，允许多个主机同时使用总线，但同一时刻只有一个主机能控制总线。 3. **灵活的设备添加**：新增或移除总线上的设备不会影响其他设备的正常工作。 4. **双向角色**：每个设备都可以作为主机或从机，但通信过程中只能扮演一种角色。 5. **起始和停止信号**：起始信号（SCL高时SDA下降）启动通信，停止信号（SCL高时SDA上升）结束通信。 IIC总线通信的基本流程包括： 1. 主机发送起始信号，激活总线。 2. 主机发送一个字节，包含7位从机地址和1位数据方向标志（0表示主机发送，1表示主机接收）。 3. 被选中的从机回应一个应答信号。 4. 发送方发送数据，接收方回应应答信号，依次传输每个字节。 5. 通信结束后，主机发送停止信号，释放总线。 IIC总线的寻址方式如下： 1. 数据字节的前7位用于匹配从机地址，第8位决定数据流向。 2. 所有从机都会监听地址，匹配的从机会根据第8位确定自身为发送器或接收器。 信号实现细节： 1. **起始和停止信号**：由主机产生，起始信号使总线进入占用状态，停止信号则使其恢复空闲。 2. **字节传送**：每个字节含8位数据，从高位到低位传输，每次传输后接收方会返回1位应答信号。 3. **同步信号**：时钟线SCL在低电平时，数据线SDA上的数据变化有效，SCL高电平时数据稳定，确保数据同步传输。 除了IIC，UART（通用异步收发传输器）和SPI（串行外围接口）也是常用的通信协议。UART是简单的单向串行通信协议，适用于长距离通信；SPI则提供全双工通信，速度更快，常用于高速数据交换。了解并掌握这些总线协议对于硬件设计和嵌入式系统开发至关重要。"