I2C串行总线详解：接口、地址与传输协议

"I2C串行总线是一种由PHLIPS公司开发的双向串行通信总线，适用于连接微控制器和各种外围设备。它仅使用两根线——数据/地址线SDA和时钟线SCL，能支持最长8米的总线长度，并能连接多达40个不同设备。每个设备在总线上都有唯一的7位地址，其中4位是固定的设备地址，3位是可配置的引脚地址，此外还有一个R/W位指示数据传输的方向。传输协议包括起始和终止信号，由主机控制。" I2C串行总线是一种高效且节省引脚的通信方式，特别适合于嵌入式系统中的微控制器与外围设备间的通信。总线设计简单，只需要两根线，SDA用于传输数据，SCL提供同步时钟。这种设计使得I2C总线能够有效地减少电路板上的布线，降低系统复杂性。 在I2C总线中，每个连接的设备都有一个独特的7位地址，由两部分组成：4位固定设备地址（DA3至DA0）和3位可编程引脚地址（A2至A0）。固定设备地址在出厂时已设定，不可更改，而引脚地址则可以通过接地或供电状态进行配置。例如，AT24C02存储器的地址可以在0xa0（写操作）和0xa1（读操作）之间切换。 传输协议是I2C总线的关键，起始和终止信号的定义确保了数据的正确传输。起始信号发生在SCL为高电平时SDA线由高变低，而终止信号则相反，SCL为高电平时SDA由低变高。这些信号由主机发出，起始信号标志着数据传输的开始，终止信号则表示传输结束，释放总线回到空闲状态。 除了基本的起始和终止信号，I2C总线还包括数据传输过程。数据在时钟脉冲的上升沿时被采样，下降沿时被驱动。每个数据位先发送最高位（MSB），数据传输的方向由R/W位决定，R/W为1表示读取数据，R/W为0表示写入数据。 I2C串行总线是一种强大且灵活的通信机制，它允许微控制器与各种不同类型的设备进行有效的数据交换，如EEPROM、实时时钟、传感器等。通过理解其接口、地址分配和传输协议，开发者能够充分利用I2C总线的优势来构建高效的嵌入式系统。