深入解析 IIC：嵌入式系统中最常用的通信协议

IIC通信协议，也称为I2C（Inter-Integrated Circuit），是一种简单、高效、多主多从的双向二线制同步串行的半双工总线，由Philips公司（现NXP）于1980年代开发，广泛应用于嵌入式系统中连接各种低速外围设备。主要用于近距离、低速的芯片（如传感器、存储器、显示屏等）之间的通信。

I2C协议采用两根双向的信号线进行通信：

串行数据线（SDA）：用于传输数据的双向线路。

串行时钟线（SCL）：由主设备产生，用于同步数据传输。

这种协议支持多主多从架构，多主设备（多个微控制器或主控制器）和多从设备（外部设备）的连接。每个设备都有一个唯一的7位或10位地址，主设备通过地址选择需要通信的从设备进行数据传输。

I2C协议的优点包括简单、灵活、成本低廉，适合在资源有限的嵌入式系统中使用。

SDA和SCL都是双向的，所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。I2C总线上的每个设备都自己一个唯一的地址，来确保不同设备之间访问的准确性。

2. IIC 总线的电气特性

2.1 IIC电气特性

I2C 总线上的 SDA 和 SCL 线均采用开漏输出结构。这意味着总线设备无法直接驱动线路为高电平，而是通过总线上外接的上拉电阻将线路拉高。当设备需要输出低电平时，通过将对应的引脚接地来实现。这种设计允许多个设备共享同一总线，并且在同一时刻只有一个设备能够拉低总线，避免了信号冲突。

2.2 开漏输出结构

开漏输出是一种只有下拉晶体管（通常是MOSFET或BJT）的输出结构，没有上拉晶体管。

当设备需要输出低电平时，下拉晶体管导通，将信号线拉低到地（GND）。

当设备需要输出高电平时，下拉晶体管关闭，信号线通过外部上拉电阻拉到高电平（VCC）。

2.3 为什么使用开漏输出

多设备共享总线：I2C支持多主多从架构，多个设备可以共享同一组SDA和SCL线。开漏输出允许多个设备同时控制总线，而不会造成短路。

电平兼容性：开漏输出可以适应不同的电源电压（VCC），只要上拉电阻连接到相应的VCC即可。

总线仲裁：在多个主设备同时尝试控制总线时，开漏输出可以通过“线与”逻辑实现仲裁。如果一个设备输出低电平，总线就会被拉低，其他设备检测到总线被拉低后会停止发送数据。