IIC协议总结

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一.IIC协议的简介

IIC 通讯协议是由Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯

二.IIC协议的特点

  • 总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平
  • 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
  • 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式
  • 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 

三.IIC协议层

I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节

1、IIC的基本读写过程
  (1)主机写数据到从机
 
(2)主机从从机读取数据：

(3)通讯复合格式：

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IIC是一种多主多从的结构，多主机的情况下，如果同时使用总线会产生冲突，导致数据乱掉，那么IIC为了解决这一问题，就具有冲突检测、仲裁的功能去进行分时使用总线，即同一个时间段只能有一个主机占用总线，每个器件也都会有唯一的地址(7bit)对从机进行区分。IIC（Inter-Integrated Circuit）是一种串行的、半双工的通信总线，硬件上由两根线组成，一根SDA(数据)线用于数据的收发，一根SCL(时钟)线用于双方时钟的同步。在所有数据传输完成后，主机发送停止信号，表示通信结束。
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IIC协议因其易于实现和广泛应用，已成为电子设计中的标准通信接口之一。 IIC协议的特点： 1. **双向通信**：IIC协议允许数据在主设备和从设备之间双向传输。 2. **多主机系统**：一个IIC总线上可以有多个主设备，...
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IIC协议的硬件结构简单，所有设备共享这两根线，设备间的通信通过这两种信号线完成。SDA是双向的，而SCL线则是控制数据传输节奏的时钟线。在空闲状态下，这两根线都保持高电平，通过上拉电阻实现，当任一设备输出低...
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通信协议整理之 IIC 通信 文章目录通信协议整理之 IIC 通信简介工作原理数据传输信号数据有效条件起始条件和终止条件地址读/写应答数据传输步骤IIC 通信优缺点补充硬件 IIC 和 软件模拟 IIC 简介 IIC 是一种串行同步通信总线（ 半双工 ），一般有两根信号线，一根是双向的串行数据线 SDA ，另一根是时钟线 SCL 。 IIC 总线可挂载多个主设备，多个从设备，且每个接到 IIC 总线上的器件都有唯一的地址。 IIC 总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信
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3. I2C总线是一个真正的多主机总线，如果两个或多个主机同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据破坏，每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作为主机也可以作为从机，但同一时刻只允许有一个主机。4. I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(可以从I2C器件的数据手册得知)，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把CPU带I2C总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。
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目录 IIC协议理解(转) 个人小结记录 (记一下这个就够了) 以下为转载记录 概述 概述 输出级 主设备与从设备 速率 时序 空闲状态 起始位与停止位 ...
1.13 IIC基础知识（含上拉电阻计算）
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就这从设备就开始向主机发送主机想要读取的数据，主机正确接收数据后会向从机回复应答信号，当主机想要结束读取操作时，主机会回复一个非应答信号，然后生成停止信号结束数据的读取。IIC的起始信号为当时钟信号线（SCL）为高电平时，数据线（SDA）产生一个下降沿，停止信号为当时钟信号线（SCL）为高电平时，数据线（SDA）产生一个上升沿。当时钟信号为高电平的时候，数据线上的信号需要保持不变也就是在时钟线为高电平的时候数据线出现上升下降沿的话就会产生停止和启动信号，从而导致数据的传输出错。组成的两线式串行传输总线。
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1.IIC总线协议 1.1 IIC协议概述： I2C总线是一种串行数据总线，一根是双向的数据线SDA,一根是时钟线SCL.两条线可以挂多个设备，一般IIC设备里有个固化的地址，只有传输对应固化地址时才会响应。基本谁控制时钟线谁就是主设备。 1.2 IIC总线初始化与起始信号，结束信号： 1，初始化：SCL SDA均为高。 2，开始信号：SCL保持高电平，SDA由高变低，SCL拉低。 3，停止信号：SCL拉高，SDA由低变高。 1.3 IIC优缺点： 优点...
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IIC（Inter-Integrated Circuit，集成电路总线）是一种广泛使用的​​，由飞利浦（现恩智浦）公司开发，主要用于短距离板级设备间通信。
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关于I2C和SPI总线协议 IICvs SPI 现今，在低端数字通信应用领域，我们随处可见IIC (Inter-Integrated Circuit) 和 SPI (Serial Peripheral Interface)的身影。原因是这两种通信协议非常适合近距离低速芯片间通信。Philips（for IIC）和Motorola（for SPI） 出于不同背景和市场需求制定了这两种标...
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1、用哪种协议，首先肯定是看这个外设芯片支持什么协议。2、其次再考虑如下两个因素：访问速度和主控IO口资源的多少。IIC不考虑电源和GND的情况下，两条线，SCL时钟线和SDA数据线，同一个IIC总线上可以挂载2^7-1一共127个设备，不过由于寄生电容的存在，挂载不了这么多，一般不超过8个IIC设备，但也算节省主控IO口资源。同一条IIC总线上，不同设备靠设备地址区分。由于只有两条线，...
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<think>首先，用户的问题是关于IIC协议的工作原理和实现。用户说：“我想了解IIC协议的相关信息，可能是学习其工作原理或实现方式。请问IIC协议工作原理实现”。所以，我需要聚焦于IIC协议的工作原理和实现。从系统级指令，我必须：-所有行内数学表达式用$...$格式。-独立公式用$$...$$格式并单独成段。-LaTeX语法正确。-使用中文回答。-生成相关问题。-在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识，例如[^1]。用户可见层指令：-回答结构清晰，帮助用户逐步解决问题。-尽量保证回答真实可靠。参考提供的引用：-[^1]：IIC的基本介绍、特点和用途。-[^2]：IIC总线的原理与Verilog实现，包括代码示例。-[^3]：软件IIC和硬件IIC的比较。-[^4]：IIC通信协议的细节，包括时钟延展和51单片机的代码实现。我需要基于这些引用构建回答，但回答应真实可靠，所以我将使用这些信息并结合一般知识。**结构清晰的回答：**-逐步解释IIC协议的工作原理。-然后讨论实现方式。-使用代码示例来展示实现。-最后生成相关问题。**关键点：**1.**IIC协议简介：**简要介绍IIC是什么。2.**工作原理：**-总线结构：两根线（SCL和SDA）。-通信过程：起始信号、地址帧、数据帧、应答信号、停止信号。-多主多从机制。-时钟延展（clockstretching）。3.**实现方式：**-硬件实现：如微控制器内置的IIC控制器。-软件实现：如使用GPIO模拟IIC协议（bit-banging）。-比较优缺点。4.**代码示例：**从引用中提取相关代码来展示实现。**添加引用：**在回答中，当引用特定段落时，添加[^1],[^2]等。**生成相关问题：**在回答末尾添加“相关问题”部分。**使用中文：**整个回答用中文。**数学表达式：**由于IIC协议涉及时序和信号，可能不需要复杂的数学，但如果有方程，用$...$或$$...$$格式。例如，时钟频率的计算。现在，规划回答结构：1.**引言：**简要定义IIC协议。2.**工作原理：**-总线组成。-通信步骤。-信号时序。3.**实现方式：**-硬件实现。-软件实现。-代码示例（如引用中的Verilog或C代码）。4.**优缺点比较：**基于引用[^3]。5.**总结。**6.**相关问题。**确保LaTeX语法正确：如果有公式，比如时间计算，用$t=\frac{1}{f}$。从引用中，提取关键信息：-[^1]:IIC是串行总线，两根线，多主多从，用于低速通信。-[^2]:Verilog实现代码。-[^3]:软件IIC灵活，硬件IIC高效。-[^4]:C代码实现起始、停止、应答等信号。在回答中，自然地引用这些。</think>### IIC协议的工作原理与实现 IIC（Inter-Integrated Circuit），也称为I²C，是一种由飞利浦公司开发的串行通信协议，专为低速、短距离通信设计。它使用两根线（SCL为时钟线，SDA为数据线）实现多主多从设备的连接，广泛应用于嵌入式系统、微控制器和传感器通信中[^1]。下面我将逐步解释IIC的工作原理和实现方式，确保回答清晰可靠。 #### 1. IIC协议的工作原理 IIC协议的核心是通过时序信号控制数据传输，支持多个主设备和从设备共享总线。通信过程基于主从架构：主设备发起通信，从设备响应。整个过程包括起始信号、地址帧、数据帧、应答信号和停止信号。 - **总线结构与信号时序：** - IIC总线只有两根线：SCL（Serial Clock Line）用于同步时钟，SDA（Serial Data Line）用于双向数据传输。 - 所有通信以起始信号开始：当SCL为高电平时，SDA从高电平切换到低电平。这表示通信起始[^4]。 - 地址帧：主设备发送一个7位或10位的从设备地址（例如$7'b1010_000$），后跟一个读写位（0表示写，1表示读）。从设备匹配地址后响应。 - 数据帧：每个数据字节（8位）传输后，接收方发送一个应答（ACK）信号。ACK信号由接收方在SCL高电平时将SDA拉低实现；非应答（NACK）则保持SDA高电平[^4]。 - 停止信号：当SCL为高电平时，SDA从低电平切换到高电平，结束通信[^4]。 - **多主多从机制：** - IIC支持多个主设备，通过仲裁机制避免冲突：如果两个主设备同时发送数据，SDA线上的电平冲突会强制其中一个退出。 - 时钟延展（clock stretching）：从设备可以主动将SCL拉低以延迟时钟，主设备必须等待SCL释放后再继续。这允许从设备处理数据，防止超时[^4]。时序可表示为： $$ t_{\text{stretch}} = t_{\text{setup}} + t_{\text{hold}} $$ 其中 $t_{\text{setup}}$ 和 $t_{\text{hold}}$ 分别是数据建立和保持时间。 - **通信流程示例：** 1. 主设备发送起始信号。 2. 发送从设备地址（如$7'b1010_000$）和读写位。 3. 从设备应答ACK。 4. 主设备发送数据字节（如8'h45）。 5. 从设备再次应答ACK。 6. 重复数据帧或发送停止信号结束。 整个过程基于开漏输出设计，SCL和SDA都通过上拉电阻保持高电平，允许多设备共享总线而不冲突[^1]。 #### 2. IIC协议的实现方式 IIC的实现分为硬件实现和软件实现（bit-banging），各有优缺点。硬件实现使用微控制器内置的IIC控制器，效率高；软件实现通过GPIO模拟时序，灵活性好[^3]。 - **硬件实现：** - 原理：微控制器（如ARM或AVR）内置IIC控制器，自动处理时序、地址匹配和数据传输。控制器生成SCL时钟，并管理SDA数据线。 - 优点：不占用CPU资源，执行效率高，支持高级功能如时钟延展[^3]。 - 示例代码（基于Verilog，从引用[^2]）： ```verilog module iic_send ( input I_clk, // 系统时钟（如50MHz） input I_rst_n, // 复位信号 input I_iic_send_en, // 发送使能 input [6:0] I_dev_addr, // 设备地址（7位） input [7:0] I_word_addr, // 字地址（如8'h23） input [7:0] I_write_data, // 写入数据（如8'h45） output O_done_flag, // 完成标志 output O_scl, // SCL输出 inout IO_sda // SDA双向线 ); // 内部逻辑实现时序控制，包括起始、地址发送、数据写入和停止 // 细节略，参考完整代码[^2] endmodule ``` 该代码实现了IIC发送过程：当使能信号高时，控制器自动生成SCL和SDA信号序列[^2]。 - **软件实现（bit-banging）：** - 原理：使用通用GPIO引脚模拟IIC时序，通过代码控制SCL和SDA的高低电平变化。适合没有硬件IIC的微控制器（如51单片机）。 - 优点：实现简单，灵活适配不同硬件；缺点：占用CPU资源，效率较低[^3]。 - 示例代码（基于51单片机C语言，从引用[^4]）： ```c #include <reg51.h> #include <intrins.h> sbit SDA = P1^0; // SDA连接到P1.0 sbit SCL = P1^1; // SCL连接到P1.1 void IIC_Start() { // 起始信号 SCL = 1; SDA = 1; _nop_(); // 空操作延迟（约5微秒） SDA = 0; _nop_(); SCL = 0; } void IIC_Stop() { // 停止信号 SCL = 1; SDA = 0; _nop_(); SDA = 1; _nop_(); } char IIC_Ask() { // 应答检测 char flag; SDA = 1; // 释放SDA _nop_(); SCL = 1; _nop_(); flag = SDA; // 读取SDA状态（0表示ACK） _nop_(); SCL = 0; return flag; // 返回应答标志 } void IIC_Send_Byte(char byte) { // 发送一个字节 int i; for(i = 0; i < 8; i++) { SCL = 0; SDA = byte & 0x80; // 取最高位 _nop_(); SCL = 1; _nop_(); SCL = 0; byte <<= 1; // 左移下一位 } } ``` 此代码展示了软件IIC的核心函数：起始、停止、应答检测和字节发送。需结合主循环调用，实现完整通信[^4]。 - **优缺点比较：** - **硬件IIC**：执行效率高（不占用CPU），节省软件资源，但灵活性差，依赖特定硬件支持[^3]。 - **软件IIC**：实现简单，可移植性好，但效率低，可能在高频率下不稳定[^3]。 选择时需权衡：高频或复杂系统用硬件IIC；简单传感器或原型开发用软件IIC。 #### 总结 IIC协议通过两根线实现高效的多设备通信，其工作原理基于严格的时序信号和应答机制。实现方式上，硬件IIC适合高性能场景，软件IIC提供灵活性。实际应用中，如传感器通信（如OLED显示屏），常结合两者优势[^4]。理解这些基础后，您可以进一步探索优化或具体应用。
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