I2C串行总线详解：TWI协议与数据传输

"本文档主要介绍了两线串行总线中的TWI（I2C）总线，这是一种由PHLIPS公司推出的高效串行通信协议，适用于简化系统设计、减小体积和提高可靠性。I2C总线由两根线组成，分别是数据线SDA和时钟线SCL，并可通过上拉电阻连接到正电源。总线上的每个设备都有唯一地址，数据传输可以由主机发起，主机可以是发送器或接收器。在多主机系统中，总线仲裁机制用于决定控制权。此外，文档还提到了起始和终止信号的定义，以及数据传送格式，包括字节的8位长度和后续的应答位。" 在深入理解I2C串行总线的工作原理之前，我们首先要知道它的基本构成。I2C总线的核心特点是只使用两根线进行通信，一根是数据线SDA（Serial Data），另一根是时钟线SCL（Serial Clock）。这种设计使得系统布线简单，同时也支持多个设备在同一总线上并存，最多可达128个从设备。当总线空闲时，SDA和SCL线都保持高电平，任何设备输出的低电平都会拉低总线信号，形成线“与”逻辑。 I2C总线的一个关键特性是其独特的地址机制。每个连接到总线的设备都有一个唯一的7位或10位地址，这使得主机能够精确地选择要通信的目标设备。数据传输的方向可以是主机到从机（主机发送，从机接收）或者从机到主机（主机接收，从机发送）。在多主机环境中，通过总线仲裁避免了数据冲突，确保了通信的有序进行。 起始和终止信号是I2C通信中的关键信号，它们定义了数据传输的开始和结束。起始信号发生在SCL为高电平时SDA线由高变低，而终止信号则是在SCL为高电平时SDA线由低变高。这些信号由主机产生，起始信号后总线被占用，终止信号后总线进入空闲状态。 数据在I2C总线上的传输遵循特定的格式。每个数据字节包含8位，从高位（MSB）开始传输，之后是1位应答位。接收设备在接收到字节后，通过在应答位返回低电平来确认已接收，反之如果无法接收则保持高电平，导致主机暂停传输。这种机制允许从机根据自身状态灵活地控制数据接收的节奏。 I2C总线是一种高效且灵活的串行通信协议，尤其适合嵌入式系统和微控制器应用。它的简洁设计、地址机制以及数据传输规范，使得开发者能够在有限的硬件资源下实现复杂的系统扩展和通信需求。通过掌握I2C，工程师们可以更加高效地设计和调试涉及多设备交互的系统。