在現(xiàn)代電子設(shè)備中，各種傳感器、芯片和模塊之間的通信至關(guān)重要。而I2C（Inter-Integrated Circuit）總線作為一種簡(jiǎn)單、高效的串行通信協(xié)議，已經(jīng)成為連接各種設(shè)備的首選之一。本文將深入探討I2C總線的工作原理與應(yīng)用，帶您了解這個(gè)在電子領(lǐng)域中扮演著重要角色的通信技術(shù)。

一、簡(jiǎn)介

I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是一種由Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)。

由于其簡(jiǎn)單性，如今方泛用于微控制器與各種功能模塊的連接，可以說(shuō)是學(xué)單片機(jī)的人，入門之后，必定要涉及到的。

I2C 總線實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在超過(guò)100 種不同的IC 上實(shí)現(xiàn)，而且得到超過(guò)50 家公司的許可，正因?yàn)槠浜?jiǎn)單和應(yīng)用廣泛，因此其功能也越來(lái)不滿足人們的要求，其速度也從原來(lái)的100Kbit/S，增加了快速模式，其速度達(dá)400Kbit/S，再后來(lái)也增加了高速模式，其速度更達(dá)3.4Mbit/S。

二、功能和特點(diǎn)

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的雙向二線制總線，所謂總線它上面可以掛多少器件，并且通個(gè)兩根線連接，占用空間非常的小，總線的長(zhǎng)度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。

它的另一優(yōu)點(diǎn)是多主控，只要能夠進(jìn)行接收和發(fā)送的設(shè)備都可以成為主控制器，當(dāng)然多個(gè)主控不能同一時(shí)間工作。

I2C總線有兩根信號(hào)線，一根為SDA（數(shù)據(jù)線），一根為SCL（時(shí)鐘線），任何時(shí)候時(shí)鐘信號(hào)都是由主控器件產(chǎn)生。

I2C總線在傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程中，主要有三種控制信號(hào)：起始信號(hào)，結(jié)不信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)。

起始信號(hào)：當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，開始傳送數(shù)據(jù)；

結(jié)束信號(hào)：當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，結(jié)束數(shù)據(jù)傳送；

應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的器件在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的器件發(fā)出低電平信號(hào)，表示已收到數(shù)據(jù)。這個(gè)信號(hào)可以是主控器件發(fā)出，也可以是從動(dòng)器件發(fā)出。總之由接收數(shù)據(jù)的器件發(fā)出。

這些信號(hào)中，起始信號(hào)是必需的，結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)，都可以不要。

三、基本操作

下面我們以ATMEL公司的AT24C02來(lái)介紹I2C的基本操作。

AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含256×8bit存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。他在系統(tǒng)中始終為從動(dòng)器件。

對(duì)AT24C02的操作主要有：字節(jié)讀，字節(jié)寫，頁(yè)面讀，頁(yè)面寫

首先發(fā)送起始信號(hào)，如下圖，起始信號(hào)后必須是控制字。

控制字格式如下，其中高四位為器件類型識(shí)別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應(yīng)為1010），接著三位為片選，也就是三個(gè)地址位，最后一位為讀寫控制位，當(dāng)為1(Input)時(shí)為讀操作，為0(Output)時(shí)為寫操作。

控制字后就是相應(yīng)的操作，讀或?qū)懀欢ú灰Y(jié)束，因?yàn)檫@個(gè)操作還沒有完成，如果結(jié)束就等于放棄操作。

先來(lái)看寫操作，寫操作分為字節(jié)寫和頁(yè)面寫兩種操作，對(duì)于頁(yè)面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同，AT24C02為8字節(jié)，每寫一個(gè)字節(jié)后，地址自動(dòng)加1。

關(guān)于頁(yè)面寫的地址、應(yīng)答和數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序參見圖3，字節(jié)寫可以看成是只有一個(gè)字節(jié)的頁(yè)面寫，也就是寫一個(gè)數(shù)據(jù)后停止。

注意：寫一次需要一定時(shí)間，一般為10ms，要等侍這個(gè)操作完成，時(shí)序如下圖。

說(shuō)明：對(duì)于AT24C02，在控制字后還必須寫入地址，這個(gè)地址是以后讀寫的起始地址。

讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀和順序讀。三種操作方法類似，只是讀的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不同，可連續(xù)讀8個(gè)字節(jié)，圖4給出的是順序讀的時(shí)序圖，圖中共讀了四個(gè)數(shù)據(jù)，需要注意的是當(dāng)前的地址，如果不是想要的，可以用寫操作，重新寫入地址。

非常重要的是，每讀一個(gè)數(shù)據(jù)后，必須置低SDA，作為應(yīng)答，否則，只能讀一個(gè)數(shù)據(jù)，后面的數(shù)據(jù)，因?yàn)槭盏讲粦?yīng)答信號(hào)，AT24C02就會(huì)認(rèn)為出錯(cuò)，停止操作。

特別提醒的是，當(dāng)SCL為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)是可變的，因些只有SCL為高電平時(shí)，才能讀數(shù)。

四、例程序（51匯編，測(cè)試單片機(jī)為AT89C51，12M晶振）

電路連接如圖5，其中A0，A1，A2為地址線，本例中全部接地，因此全部為0。由于SCL和SDA為漏極開路輸出，所以在使用時(shí)，需加上拉電阻。

五、結(jié)束語(yǔ)

在I2C總線的應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)總結(jié)為以下幾點(diǎn) :

嚴(yán)格按照時(shí)序圖的要求進(jìn)行操作；

若與口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)接口連接，可以不外加上拉電阻；

程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率，在對(duì)口線操作的指令后可用NOP指令加一定的延時(shí)；

為了減少意外的干擾信號(hào)將EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護(hù)引腳（如果有），或者在EEPROM內(nèi)部沒有用的空間寫入標(biāo)志字，每次上電時(shí)或復(fù)位時(shí)做一次檢測(cè)，判斷EEPROM是否被意外改寫。

通過(guò)本文的介紹，我們對(duì)I2C總線的工作原理和應(yīng)用有了更深入的了解。無(wú)論是在嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還是傳感器網(wǎng)絡(luò)中，I2C總線都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)使得設(shè)備之間的通信變得更加便捷和可靠。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們相信I2C總線在未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域中將繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用，連接著各種智能設(shè)備，為我們創(chuàng)造更加便利和智能的生活。

審核編輯：彭菁