IIC協議時序詳解

ID:412156 · 發表于 2018-12-4 16:16

1、概述：

在使用單片機或芯片級通信時，I2C是一種必不可少的通信協議。 I2C只有兩線接口：一條數據線 (SDA) ，另一條時鐘線 (SCL)，通信方式比較簡單可靠。但由于SDA、SCL為漏極開路結構(OD)，因此硬件設計時必須接有上拉電阻,阻值的大小常為 1k8,2K2，4k7和 10k；當I2C線空閑時，兩根線均為高電平。

本文中以自己項目中所用到的具有I2C通信協議的EEPROM芯片24LC64為例，EEPROM芯片硬件電路如圖1所示，數據線和時鐘線處于空閑狀態時，采用LOTO的OSC802示波器測量空閑時的波形如圖2所示。

圖1 I2C芯片電路

圖2 示波器測量I2C空閑時狀態

2、I2C協議

快速搭建單片機和芯片之間通信，首先要熟悉I2C通信協議，I2C協議主要是怎樣判斷數據的起始、停止、ACK；下面將一一介紹：

起始信號：當SCL為高電平期間，SDA由高到低的跳變；啟動信號是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。

停止信號：當SCL為高電平期間，SDA由低到高的跳變；停止信號也是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。

I2C起始和停止信號示意如圖3所示；

圖3 I2C起止信號

ACK:單片機每發送一個字節，就在時鐘脈沖第9個周期期間釋放數據線，由EEPROM芯片發送一個應答信號。應答信號為低電平時，規定為有效應答位（ACK簡稱應答位），表示EEPROM已經成功地接收了該字節。

對于反饋有效應答位ACK的要求是，EEPROM在第9個時鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低或一直保持低電平；并且確保在該時鐘的高電平期間為穩定的低電平。（通過示波器捕捉功能，采集到的波形如圖4所示）

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圖4 示波器測量I2C總線起始信號

同樣應答信號在第9個時鐘脈沖為高電平時，規定為非應答位（NACK），表示EEPROM接收該字節沒有成功。對于反饋非應答位為NACK時，單片機將會繼續發送相同的字節。（測量波形如圖5所示）圖5 非應答時信號狀態3、數據的有效性

I2C總線進行數據傳送時，時鐘信號為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態才允許變化。
雖然只要求在高電平期間保持穩定，但是數據在SCL的上升沿到來之前就需準備好，數據是在SCL的上升沿打入到(EEPROM)中的。

4、數據傳輸

在I2C總線上傳送的每一位數據都有一個時鐘脈沖相對應（或同步控制），即在SCL串行時鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數據。數據位的傳輸是邊沿觸發。但一般數據是以時鐘脈沖高電平時SDA狀態確定的。

單片機收到來自EEPROM發出的應答后就可以發送數據。傳送數據時，單片機就逐個發送數據字節，但每發送一個字節后都要等待應答。

等待應答時，時鐘脈沖將有一定時間處于低電平的延時，為傳輸下一個字節的數據做準備。采用LOTO示波器捕捉的信號波形如圖8所示

圖7 單片機傳輸連續數據時序

圖8 示波器捕捉數據發送時序

◆ 發送停止位.

· EEPROM收到停止信號后，進入到一個內部的寫入周期，需要一定時間（芯片不同時間不同），SCL和SDA被釋放。此時任何操作都不會被EEPROM響應；(因此以這種方式的兩次寫入之間要插入一個延時，否則會導致失敗)捕捉信號如同9所示

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IIC協議時序詳解

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