“I2C（Inter-Integrated Circuit BUS） 集成電路總線，該總線由 NXP（原 PHILIPS）公司設(shè)計(jì)，多用于主控制器和從器件間的主從通信，在小數(shù)據(jù)量場(chǎng)合使用，傳輸距離短，任意時(shí)刻只能有一個(gè)主機(jī)等特性。連接到總線的 IC 數(shù)量只是受到總線的最大負(fù)載電容 400pf 限制。

I2C 支持 0kHz~5MHz 的設(shè)備：

普通模式（100kHz）、快速模式（400kHz）、快速模式+（1MHz）、高速模式（3.4MHz）和超高速模式（5MHz）。

兩根數(shù)據(jù)線：SDA，SCL，均為漏級(jí)開(kāi)路結(jié)構(gòu)。一般接上拉電阻，形成“線與”邏輯（只要一方為低電平，則此線即為低電平）。當(dāng) SDA，SCL 為高電平時(shí)，表示總線空閑。一般來(lái)說(shuō)，主機(jī)發(fā)起傳輸之前都要檢查總線的電平狀態(tài)（稱為仲裁），以確定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（當(dāng)總線上只有一個(gè)主機(jī)時(shí)，可以不用）。如果 I/O 口既能輸入也能輸出，可以配置成開(kāi)漏輸出，但是必須外接拉電阻；如果 I/O 不能配置成開(kāi)漏輸出，則可以轉(zhuǎn)換 I/O 輸入輸出方向，輸出采用推挽輸出，輸入使用上拉輸入即可。注意使用轉(zhuǎn)換方向的方式時(shí)必須先轉(zhuǎn)換方向之后才開(kāi)始釋放總線。

支持多主控，但是同一時(shí)間只能有一個(gè)主控。每個(gè)設(shè)備都有自己的設(shè)備地址（共 7bit，有的是 10bit），用于區(qū)分掛在在總線上的設(shè)備，廣播地址 0x00。最低位用于讀寫(xiě)控制位，1 表示讀數(shù)據(jù)，0 表示寫(xiě)數(shù)據(jù)?！?/p>

?

開(kāi)始信號(hào)

當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要向從設(shè)備發(fā)送一個(gè)開(kāi)始信號(hào)，表示數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始。

SCL 為高電平期間，SDA 由高到低表示開(kāi)始信號(hào)。

?

結(jié)束信號(hào)

當(dāng)結(jié)束一次傳輸時(shí)，需要發(fā)送結(jié)束信號(hào)

SCL 為高電平期間，SDA 由低到高表示結(jié)束信號(hào)。

（若主機(jī)在對(duì)一個(gè)從機(jī)操作之后，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址）

?

數(shù)據(jù)位

當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)位時(shí)，在 SCL 為低時(shí)改變 SDA，在 SCL 為高時(shí)保持 SDA 穩(wěn)定。高位先傳輸。

?

應(yīng)答位

數(shù)據(jù)的第 9 位為應(yīng)答位。

應(yīng)答：第 9 個(gè) CLK 時(shí)鐘為高電平期間，如果 SDA 為為低電平，則為應(yīng)答信號(hào)。

非應(yīng)答：第 9 個(gè) CLK 時(shí)鐘為高電平期間，如果 SDA 為為高電平，則為非應(yīng)答信號(hào)。

主機(jī)每向從機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，從機(jī)都需要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，而主機(jī)每接收一個(gè)字節(jié)都需要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，當(dāng)主機(jī)不準(zhǔn)備接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)，也就是說(shuō)，非應(yīng)答信號(hào)是由主機(jī)發(fā)送的，從機(jī)只能發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答位的數(shù)據(jù)狀態(tài)則遵循“誰(shuí)接收誰(shuí)產(chǎn)生”的原則，即總是由接收器產(chǎn)生應(yīng)答位

可以通過(guò)發(fā)送設(shè)備地址后由應(yīng)答位確定該設(shè)備是否存在。

注意：任何在 SCL 為高電平期間的 SDA 上的電平改變都會(huì)被認(rèn)為是起始或者停止信號(hào)，所以數(shù)據(jù)線 SDA 必須要在時(shí)鐘線 SCL 為低電平時(shí)改變。

如下為傳輸一個(gè)字節(jié)的情況：

所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起者都是主設(shè)備，從設(shè)備只能被動(dòng)接受主設(shè)備的請(qǐng)求。

實(shí)際上發(fā)送一個(gè)字節(jié)之后就馬上發(fā)送停止信號(hào)一般是不能實(shí)現(xiàn)一次完整的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，那么正常傳輸流程?yīng)該是怎樣的呢？

因?yàn)?I2C 總線上可能掛在了很多設(shè)備，所以首先需要在總線上發(fā)送一個(gè)設(shè)備地址，并且指明本次傳輸?shù)姆较颉Ｈ缓笥忠驗(yàn)橐粋€(gè)設(shè)備里面有很多寄存器，所以還要再發(fā)送一個(gè)寄存器地址，最后才是發(fā)送寄存器的內(nèi)容。

? 發(fā)送數(shù)據(jù)（橘色為從機(jī)發(fā)送應(yīng)答位）

? 接收數(shù)據(jù)（灰色部分為主機(jī)應(yīng)答）

以上這些理論知識(shí)只是和 I2C 有關(guān)的，實(shí)際使用的時(shí)候根據(jù)驅(qū)動(dòng)器件的不同又會(huì)有所不同。比如 AT2402，只能連續(xù)發(fā)送 8 個(gè)字節(jié)的寄存器內(nèi)容（類似 8 字節(jié)緩存），下次再發(fā)送的話需要重新發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，另外，進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)，需要延時(shí)一段時(shí)間，讓器件將 8 字節(jié)緩存的內(nèi)容實(shí)際寫(xiě)入 EEPROM 中才可，否則會(huì)將緩存內(nèi)容覆蓋，導(dǎo)致寫(xiě)入錯(cuò)誤。

通過(guò)編寫(xiě) I2C 驅(qū)動(dòng)程序，并利用 KEIL 的仿真功能可以得到如下波形：

這是一個(gè)發(fā)送設(shè)備地址 0xA0 的波形，因?yàn)闆](méi)有從機(jī)，所以在第 9 個(gè) CLK 的高電平期間 SDA 為高。當(dāng)總線上有設(shè)備地址為 0xA0 的從機(jī)時(shí)，SDA 應(yīng)被從機(jī)設(shè)置為低電平。

以上知識(shí)實(shí)際上是比較簡(jiǎn)單的，基礎(chǔ)的，適合用于單主機(jī)的情況下，如果是多主機(jī)通信，遠(yuǎn)比單主機(jī)復(fù)雜的多，涉及到時(shí)鐘同步和總線仲裁，有興趣的同學(xué)可以自行研究。

更多關(guān)于 I2C 的問(wèn)題，可以查閱《I2C 總線規(guī)范》。

關(guān)于總線死鎖問(wèn)題：

“總線死鎖主要是因?yàn)橹鲝脑O(shè)備中的主機(jī)異常復(fù)位造成從機(jī)始終處于應(yīng)答狀態(tài)（應(yīng)答狀態(tài)時(shí) SDA 為低電平，只有在 SCL 變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)候，才會(huì)變?yōu)楦唠娖?，從而釋?SDA），解決方案可在鏈接中找到?！?/p>

STM32 的硬件 I2C 有缺陷，但是可以通過(guò)一些方法避免，具體尋找網(wǎng)上的方法。

一直以為可以連續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，每寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)加入寫(xiě)入延時(shí)，給 EEPROM 寫(xiě)入時(shí)間，當(dāng)寫(xiě)完最后一個(gè)數(shù)據(jù)之后發(fā)送一個(gè)寫(xiě)入停止信號(hào)即可，可實(shí)際是上是必須要有一個(gè)停止信號(hào)，EEPROM 在收到這個(gè)停止信號(hào)后才會(huì)進(jìn)行寫(xiě)寫(xiě)入操作，否則必然導(dǎo)致寫(xiě)入出錯(cuò)。正是因?yàn)橛羞@樣錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，所以在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候讀出的數(shù)據(jù)和自己想要的數(shù)據(jù)不一致，而這個(gè)數(shù)據(jù)剛好用于指針索引，好巧不巧的是因?yàn)檫@指針錯(cuò)誤的指向，剛好將某個(gè)函數(shù)指針地址改變了，導(dǎo)致程序一直運(yùn)行不正常。后來(lái)花了半天時(shí)間調(diào)試，才發(fā)現(xiàn)了函數(shù)指針數(shù)據(jù)被更改。但是我又奇怪為什么我的程序又能運(yùn)行（正是因?yàn)槟苓\(yùn)行而不是直接死在某一個(gè)地方，才讓自己尋找 bug 的方向錯(cuò)了）。后來(lái)才想通，雖然我的函數(shù)指針指向錯(cuò)誤，運(yùn)行出錯(cuò)，但是因?yàn)槲议_(kāi)啟了看門狗，所以當(dāng)函數(shù)運(yùn)行出錯(cuò)后，程序無(wú)法喂狗，導(dǎo)致成程序自動(dòng)復(fù)位，又重新運(yùn)行了，但是表明上看程序又運(yùn)行到起來(lái)了，實(shí)際上呢，它已經(jīng)從程序的最開(kāi)始重新運(yùn)行了。記錄此教訓(xùn)，以提醒后來(lái)人。

還有一點(diǎn)就是單字節(jié)寫(xiě)入數(shù)據(jù)效率特別低，如果寫(xiě)入數(shù)據(jù)超過(guò)兩個(gè)字節(jié)，在內(nèi)存足夠的情況下，最好開(kāi)啟一個(gè)頁(yè)緩沖區(qū)，以加快寫(xiě)入速度。但是如果你認(rèn)為寫(xiě)入數(shù)據(jù)是你可以接受的，那么不需要這個(gè)頁(yè)緩沖區(qū)了，畢竟一旦加入頁(yè)緩沖，也是要加入不少邏輯去維護(hù)的。

再介紹一個(gè)頁(yè)寫(xiě)入的算法，之前看了一些頁(yè)寫(xiě)入的算法，發(fā)現(xiàn)實(shí)在是太麻煩了。我就在想肯定有一種更為簡(jiǎn)單的算法的，直到這次更新筆記的時(shí)候才偶然發(fā)現(xiàn)了該算法。

自行理解吧，不是很難的邏輯思路。
責(zé)任編輯:pj