理解I2C：从串行EPROM扩展到总线原理

"串行EPROM的扩展-I2C知识简介" 串行EPROM，即电可擦除可编程只读存储器，是一种非易失性存储器，可以在设备内部进行读写操作，且数据在断电后仍能保持。AT24C系列是ATMEL公司推出的典型串行E2PROM产品，提供了不同容量的选择，如AT24C01、AT24C02等，分别对应128字节到2K字节的存储空间。这些芯片广泛应用于需要小容量存储的场合，例如配置参数存储、系统设置保存等。 I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行接口，主要用于微控制器与各种外围设备之间的通信。它的设计目标是简化系统设计，减少布线复杂性，提高系统的可靠性和可扩展性。I2C总线主要由两条线构成：SDA（Serial Data Line）数据线和SCL（Serial Clock Line）时钟线。这两条线都是双向的，并且通常通过上拉电阻连接到电源，确保在无器件驱动时，线路保持高电平。 I2C总线的一个关键特性是它支持多主机系统，这意味着在一个系统中可以有多个设备作为主设备来控制数据传输。总线的仲裁机制使得多个主设备可以安全地共享总线。此外，I2C总线还允许不同速度的设备共存，这通过时钟扩展和同步技术实现。 在I2C总线上，每个设备都有一个唯一的7位或10位地址，这使得主机能够寻址并通信到特定的设备。数据传输可以是主机向从设备发送数据（主机作为发送器），或者是从设备向主机发送数据（主机作为接收器）。数据在时钟信号的上升沿被采样，下降沿进行数据变化，确保了数据传输的同步。 在I2C通信中，数据的传输分为启动信号、地址+读/写位、数据传输和停止信号四个步骤。启动信号是SDA线在SCL高电平时由高变低，而停止信号则是SDA线在SCL高电平时由低变高。读/写位表示主机是要从从设备读取数据还是向其写入数据。数据传输过程中，每个字节由8位数据和一个确认位组成，从设备通过拉低SDA线来提供ACK（确认）信号，表示成功接收了数据。 I2C总线的其他优势还包括其灵活性，它可以扩展到多种类型的设备，如EEPROM、实时时钟、LCD控制器、温度传感器等。此外，I2C协议还定义了不同的传输速率模式，如标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）和高速模式（3.4Mbps），以适应不同应用的需求。 串行EPROM的扩展通过I2C总线实现了微控制器与外部存储器之间的高效通信，这种接口技术在嵌入式系统设计中起着至关重要的作用，极大地降低了硬件成本和复杂性，同时也提高了系统的灵活性和可靠性。