I2C串行总线详解：TWI接口与通信机制

"两线串行总线接口及应用-TWI总线学习" TWI（Two-Wire Interface）总线，也常被称为I2C（Inter-Integrated Circuit）总线，是一种由飞利浦（现NXP）公司开发的简单、高效的两线式串行通信协议。这种通信接口在微控制器应用中广泛使用，因为它只需要两根线——数据线SDA（Serial Data）和时钟线SCL（Serial Clock）——就能实现多个设备之间的通信。TWI总线的特性包括： 1. **两线通信**：TWI总线仅使用SDA和SCL两根线进行双向数据传输，简化了硬件设计，降低了成本。 2. **主/从模式**：支持主控器（Master）和被控器（Slave）模式，主控器负责时钟信号的产生，控制通信过程；从控器响应主控器的请求，发送或接收数据。 3. **地址空间**：7位的从机地址空间，最多可支持128个不同的从机设备。 4. **多主机模式**：在需要多个主控器的系统中，TWI总线支持多主机操作，并且包含总线仲裁机制以解决冲突。 5. **数据速率**：数据传输速率可达400KHz，适用于不同速度等级的设备。 6. **噪声防护**：TWI接口内建噪声监控电路，能防止总线上的偶然毛刺干扰通信。 7. **可编程从机地址**：从机地址可以根据需要进行编程，增加设计灵活性。 **工作原理**： 1. **起始和终止信号**：起始信号是在SCL为高时SDA由高到低的转换，而终止信号则相反，即SCL为高时SDA由低到高的变化。这两个信号由主控器产生，标志着通信的开始和结束。 2. **数据传输**：每个字节由8位数据组成，传输时从高位（MSB）开始。每次传输完成后，接收方需要给出一个应答位，通常为低电平表示接收正常。如果从机不能立即接收数据，它可以拉低SCL线，迫使主控器等待。 3. **应答机制**：从机对每个接收到的字节进行应答，如果不应答（比如从机忙碌），主机会重新发送数据或者停止传输。 4. **总线仲裁**：在多主机系统中，当多个主控器试图同时控制总线时，仲裁机制确保只有一个主控器能够继续通信，避免数据冲突。 **应用实例**：TWI/I2C总线常用于微控制器扩展外部设备，如EEPROM、实时时钟、LCD显示器、传感器等。通过这种总线，主控器可以轻松地与这些外围设备交换数据，无需复杂的接口电路。 总结起来，TWI总线（I2C）提供了一种高效、节省资源的串行通信方式，广泛应用于嵌入式系统中的设备互联，简化了系统设计并提高了可靠性。其丰富的功能和易用性使其在各种微控制器应用中得到广泛应用。