一、前言

I2C總線是由Philips公司開發的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。

二、I2C總線開發設計需要注意點

1、總線容量及驅動能力

I2C總線的外圍擴展器件都是CMOS器件，總線有足夠的電流驅動能力，因此總線上擴展的節點數不由電流負載能力決定，而由電容負載確定。

總線上每個實際節點器件的總線接口都有一定的等效電容，等效電容的存在會造成總線傳輸的延遲，導致數據傳輸出錯。

通常總線負載能力為400pF，通常各個I2C器件都會有它自己的電容值，一般為不大于20pF，據此可計算出總線長度及節點數目的限制數量。總線上的每個外圍器件都有一個器件地址，因此總線上擴展外圍器件時也要受器件地址限制。

2、I2C總線的電氣結構

I2C總線為雙向同步串行總線，因此I2C總線接口內部為雙向傳輸電路，如圖。所示。總線端口輸出為開漏結構，故總線上必須有上拉電阻，上拉電阻與電源電壓、SDA、SCL以及總線串接電阻有關，可參考有關數據手冊進行選擇，通常可選4.7K到10K。

3、每個節點都有一個固定的節點地址。

I2C總線為雙向同步串行總線，因此總線上的單片機都可以成為主節點，其器件地址由軟件給定，存放在總線的地址寄存器件中，稱為主器件的從地址。在總線的多主系統中，單片機作為從節點時，其從地址才有意義，所以總線上所有的外圍器件都有規范的器件地址。

4、I2C總線時序

I2C總線上數據傳遞時，總線上傳送的每一幀數據均為一個字節。但啟動總線后，傳送的字節數沒有限制，只要求每傳送一個字節后，對方回應一個應答位。在發送時，首先發送的是數據的最高位。每次傳送開始有起始信號，結束時有停止信號。在總線傳送完一個字節后，可以通過對時鐘線的控制使傳送暫停。

①時鐘和數據發送：

SDA引腳通常使用外部設備拉高。SDA引腳上的數據只能在SCL為低電平時進行更改，SCL為高電平時數據更改將指示開始或停止條件。如圖所示。

②起止條件：

SDA由高到低且SCL為高是啟動條件，必須先于任何其他命令。SDA由低到高且SCL為高是停止條件，在一個讀序列后，停止命令會使EEPROM進入待機模式。如圖所示。

③應答：

所有地址和數據字均以8bit字連續傳輸到EEPROM，EEPROM發送一個“0”來應答，以確認它已收到每個字。應答發生在第九個時鐘周期如圖所示。

三、設計實例

我們對于AT24C256肯定不會陌生，這是ATMEL公司256kbit串行電可擦的可編程只讀存儲器，8引腳雙排直插式封裝，具有結構緊湊、存儲容量大等特點，可以在2線總線上并接4片該IC，特別適用于具有高容量數據儲存要求的數據采集系統。

EEPROM存儲器設備既可以接收又可以發送數據。每個掛接在總線上的器件都有唯一一個地址識別。

主機訪問EEPROM時，主機在向EEPROM發送完控制字節和地址信息后，緊接著向EEPROM存儲器發送起始條件和控制信號并發送讀標志位信號，切換數據的收發方向。接著在收到EEPROM的響應信號后便可以讀出需要的數據了。

四、總結

通過以上實例，我們可以知道I2C優點主要表現在：

1、簡化了硬件電路。在這種總線中只需要兩根線，即串行數據線（SDA）和串行的時鐘線（SCL）。

2、每個掛在總線上的I2C器件都有一個唯一的地址，并可以通過軟件尋址。

3、因為在總線上可能有多個主I2C器件，因此I2C總線接口協議中有沖突監測和仲裁機制，以防止通信中的數據丟失或發生錯誤。

4、這種串行的兩線雙向的總線在標準模式下的速率為100kbit/s，在快速模式下的速率為400kbit/s，在高速模式下為3.4Mbit/s。

5、I2C器件中有濾波抗擾措施來保證數據的完整性。

6、在總線上掛接的器件數目是有限的，即總線上的容抗不能超過400pF。

編輯：jq