通信協議 - I2C

I2C(Inter-Integrated Circuit)是一種串行通訊總線，可允許存在多主機，但同一時刻只能有一個主機在線。I2C 由兩條開漏信號線組成，接線簡單，利用電阻上拉，典型電平為正邏輯 3.3V 或 5V。傳輸速率分快速模式(400Kb/s)、標準模式(100Kb/s)、低速模式(10Kb/s)。

在 I2C 總線上，從機以它的 I2C 地址被選擇。這樣子可以用在一個主機上通過兩根線控制多個從機。

I2C 的引腳

SCL(serial clock)：由主機產生的方波，用來控制傳輸速率和數據的鎖存。

SDA(serial data)：這是一個半雙工、同步的信號線，傳輸的數據包括地址、控制信號與通信數據。

I2C 地址

I2C 地址劃分，是 7 bit 地址加上 1 bit 讀寫指示。

I2C 總線上的每個設備都必須有一個唯一的地址，如果地址重復會出問題。有些設備的 I2C 地址是可以編程設置的。

I2C 通信

START：主機在 SCL 為高時，拉低 SDA 發起。

STOP：主機在 SCL 為高時，釋放 SDA(變為高電平)發起。

ACK(acknowledge)：I2C 傳輸都是隨著每個 SCL 脈沖，每次傳輸 1 個字節(8 個位)。每次傳輸的第 9 個脈沖被保留為從機的確認信號，每次的 ACK 信號表示前一次傳輸成功。

I2C 傳輸句段示例

這一段傳輸的值為 11001101：

主機拉低 SDA 電平以產生 START 信號。

第一個位被設置，主機拉低 SCL，將時鐘信號經過 DAC 進行輸出。

傳輸到第九個位時，主機不會拉低 SDA，如果從機確認傳輸完整，則將 SDA 拉低讓主機知道。

有效的數據傳輸

在 SCL 保持高電平(傳輸數據)時，SDA 在這段時間內必須保持穩定才有效。

在 SCL 節拍間的低電平，才允許 SDA 切換數值。

當 SCL 為高電平，SDA 發生變化時，就會被解釋為 START、RESTART 或 STOP 事件。

接口電路上升 / 下降計時

如圖，晶體管將在低電平時導通，并將 Cb 電容放電到低電平。反之，晶體管將在高電平時截止，上拉電阻會將 Cb 充電至高電平。

tr(上升時間)：信號從低電平過渡到高電平的最大時間。因為 I2C 是開漏信號，所以上升時間由上拉電阻和總線電容的 RC 時間常數決定。

tf(下降時間)：信號從高電平過渡到低電平的最大時間。

I2C 上拉電阻計算

上拉電阻最小值：

上拉電阻最大值：

其中，上拉電阻最小值會帶來最短的上升時間。如果用的阻值比這個再小，就會導致當輸出晶體管開啟(邏輯低電平)時，消耗過多的電流，違反最大邏輯低電平輸出的規范。

上拉電阻最大值會帶來最長的上升時間。如果使用大于此值的上拉電阻，將會違反時序要求。

VDD 表示供電電壓;VOLMAX 表示最大邏輯低電平(典型值為 0.4V);ISinkMax 表示最大灌電流(典型值為 3mA);Cb 表示總線電容，取決于 PCB 走線的長度和寬度，與連接至總線的設備的電容。

計算示例：