掌握I2C串行总线时序与传输协议

I2C通讯时序是一种高效的并行接口标准，由PHLIPS公司开发，专为在小型系统中实现设备间的简单、低成本通信而设计。它采用单线（SDA）和时钟线（SCL）的主从架构，支持多器件连接，每个器件具有唯一的7位或10位地址，以区分不同的通信对象。 I2C总线的工作原理基于简单的串行通信。在空闲状态下，SDA和SCL线都保持高电平，当任一器件的数据传输开始时，其SDA线会变为低电平，形成“与”逻辑关系。数据在SCL线的上升沿有效，这意味着数据位必须在SCL为高电平时稳定，而在SCL为低电平时可改变。 传输过程分为五个关键时序阶段：起始、终止、应答、发送（写）和接受（读）。起始信号由SCL线保持高电平的同时SDA线从高电平下降到低电平；终止信号则是SDA线从低电平上升到高电平。应答时序中，从机根据接收到的数据是否正确响应，通过应答位“0”表示成功接收，非应答“1”表示出错。主机根据从机的应答判断数据传输是否完成。 在发送（写）时序中，主机首先发送起始信号，接着发送从机地址，以及数据传送方向位（0表示主机发送数据，1表示主机接收数据）。例如，对于AT24C02这样的存储器，地址由3个引脚确定，如地址为0xa0时，三个引脚均保持最低状态。在接收（读）过程中，操作与写类似，但数据从从机流向主机。 在实际应用中，软件模拟I2C通信是必要的。例如，I2C起始和终止函数的实现代码被提供，展示了如何控制SCL和SDA线来触发这些时序。起始函数会先保持SCL高电平，然后使SDA下降并短暂延迟，接着恢复SDA为高电平，形成一个完整的起始信号。终止函数则反之，先使SDA低，再保持SCL高，随后延迟后让SCL下降，结束通信。 掌握I2C通讯时序对于嵌入式系统开发人员至关重要，因为它允许构建模块化的硬件配置，并且能有效地节省线路资源，提高了系统的集成度和效率。在编写硬件驱动程序或设计嵌入式应用时，理解这些基本时序规则是至关重要的，能够确保数据的准确无误传输。