I2C详解：图文并茂的两线通信与时序

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种两线接口，由Philips公司开发，用于在电子设备之间实现低成本、低复杂度的数据通信。它仅需两条双向线路：一条是Serial Data Line（SDA），负责传输数据；另一条是Serial Clock Line（SCL），控制数据传输的时序。SCL线的工作方式是边沿触发，上升沿用于接收数据，下降沿用于发送数据，而SDA线则是OD门，与其他设备构成“线与”连接。 每个I2C设备内部的SDA和SCL引脚电路结构相同，输出端为漏极开路的场效应管，输入端采用高输入阻抗的同相器，这使得总线支持上拉电阻以确保在空闲时线路上保持高电平。I2C总线支持三种工作模式：普通模式（100kHz）、快速模式（400kHz）和高速模式（3.4MHz），其中快速模式和高速模式主要用于提高数据传输速度，但实际应用中，除非必要，一般建议保持SCL频率在100kHz以下。 I2C通信遵循特定的协议，包括空闲状态、起始条件、地址和读/写操作、应答、停止条件等。在空闲状态下，总线所有器件的输出都关闭，SDA和SCL都为高电平。起始条件是通过SCL下降沿和SDA从高到低来表示的，表明一个新的传输开始。主设备通过设备地址和读写位来选择从设备，并控制数据的传输方向。从设备收到地址后，会根据自己的地址码作出响应，但不会主动发起传输，而是被动接受命令。 总线上可以连接多个从设备，每个设备都有一个7位的从地址，由厂家定义类型位和用户定义的地址位。主设备作为总线的主导者，负责控制数据流，而从设备则响应主设备的命令。总线的最大电容限制了可以从设备的数量，且系统设计时省去了传统的片选线，简化了硬件连接。 I2C是一种灵活且经济高效的通信协议，广泛应用于各种嵌入式系统和微控制器中，通过其简单的硬件配置和明确的通信流程，实现单主多从的高效通信。理解并掌握I2C的时序和工作原理对于开发基于该总线的电子产品至关重要。