IIC总线详解：从物理层到协议层

"IIC原理超详细讲解—值得一看" 本文将对IIC（Inter-Integrated Circuit）总线进行深入的解析，包括其物理层和协议层的关键概念。IIC总线是由NXP（原PHILIPS）公司设计的一种两线式串行通信接口，主要用于微控制器和外部设备之间的通信，尤其适用于小数据量的短距离传输。 IIC的物理层主要包括两条总线：SDA（Serial Data）和SCL（Serial Clock Line）。SDA是双向数据线，用于传输数据，而SCL是时钟线，控制数据传输的时序。所有连接到IIC总线的设备共享这两条线，每个设备都有一个唯一的地址以确保通信的准确性。IIC的特点之一是支持主设备和从设备的概念，主设备负责生成时钟信号，启动和停止信号，而从设备则响应地址并检测停止位。 IIC总线允许多主控模式，意味着任何设备都能成为主控，控制信号传输和时钟频率，但任何时候只能有一个主控。通信速度有标准速（最高100kHz）和快速模式（最高400kHz）。为了确保信号稳定，SCL和SDA线上都需要接上拉电阻，通常值在3.3K至10K欧姆之间。由于IIC是半双工通信，所以不能同时进行双向数据传输。 IIC的高阻态特性是通过漏极开路（Open Drain）或集电极开路（Open Collector）实现的，这种设计能防止总线信号的冲突。当输出处于高阻态时，线路呈现高阻抗，不会向总线提供电流，使得总线上的信号不受单个设备的影响，从而保证了总线的稳定性。 IIC协议层涉及总线时序，包括初始的空闲状态、开始信号、停止信号、数据有效性和应答信号。开始信号是由主设备在空闲状态下将SDA线从高电平拉低，而停止信号则是将SDA在SCL高电平时从低电平拉高。数据的有效性取决于时钟信号，数据在SCL的高电平时稳定，低电平时变化。主设备发送数据时，数据在SCL的上升沿被从设备采样；而读取数据时，如以AT24C02为例，主设备首先写入从设备地址并发出读命令，然后从设备在时钟的下降沿释放SDA线，主设备在上升沿读取数据。 IIC是一种高效、简洁的通信协议，广泛应用于嵌入式系统中的低速设备连接，如传感器、EEPROM等。理解其工作原理对于设计和调试基于IIC的系统至关重要。