I2C协议小结

I2C协议

• 两线串行协议（SCL, SDA)，主从模式，支持多主控，但在同一时刻只能有一个主控
• 地址组成：7bit 地址数组+1bit读写位， 共8bit。地址范围0~127, 0地址为广播地址。
• 一次发送8bit数据，数据格式为大端模式。
• 速率：标准模式100Kbps, 快速模式400Kbps，高速模式3.4Mbps。

总线互连

注意SDA和SCL都需要上拉。

总线时序图

• SCL由master提供，只有master才能同时控制SCL和SDA
• SCL为低电平时才能改变数据，SCL为高电平时，数据有效。
• 起始条件： 当SCL为高电平时，master拉低SDA，总线进入start状态。
• 结束条件： 当SCL为高电平时，master拉高SDA，总线进入stop状态。
• 无论是发送地址还是数据，其后都紧跟着一个ACK/NACK。ACK和NACK由slave提供。
• ACK：在第9个CLK周期，slave拉低SDA，发送一个ACK
• NACK: 在第9个CLK周期，slave保持SDA为高，发送一个NACK
• 一次可以传输多个字节，直到master发送start/stop。
• 如果slave设备来不及处理data，它可以保持SCL为低，强制master进入等待状态。

I2C Master示例代码（GPIO模拟）

可以参考：STM32下模拟I2C的C语言实现

I2C Slave示例

I2C Slave的实现应该要比I2C Master更为困难，在不同的单片机上实现I2C Slave需要硬件支持，因此具体的实现代码可能会不同，下面以Atmel单片机为例。

下面是TinyWireS库的interface design:

TinyWireS类的使用代码如下：

#define I2C_SLAVE_ADDRESS 0x4 // Address of the slave#include <TinyWireS.h>int i=0;void setup(){    TinyWireS.begin(I2C_SLAVE_ADDRESS); // join i2c network    TinyWireS.onRequest(requestEvent);    // Turn on LED when program starts    pinMode(1, OUTPUT);    digitalWrite(1, HIGH);}void loop(){    // This needs to be here    TinyWireS_stop_check();}// Gets called when the ATtiny receives an i2c requestvoid requestEvent(){    TinyWireS.send(i);    i++;}

TinyWireS的状态机：

代码地址：https://github.com/rambo/TinyWire.git

I2C与SMBus的区别

Clock Speed Comparison

Item I2C SMBus Minimum none 10 kHz Maximum 100 kHz (Standard mode) 100KHz 400 KHz (Fast mode) 2 MHz (High Speed mode Timeout none 35 ms

Electrical Characteristics Comparison

Item I2C SMBus VHIGH Fixed Voltage: 3.0 to VDD_max + 0.5V 2.1V to VDD VDD Relative: 0.7 to VDD_max + 0.5V VLOW Fixed Voltage: -0.5V to 1.5V to 0.8V VDD Relative: -0.5 to 0.3VDD Max Current 3 mA 350 µA