STM32 I2C串行总线

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TM32 I2C串行总线的通信原理

I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路总线）总线是原 Philips公司推出的一种用于IC器件之间连接的2线制串行扩展总线，它通过2条信号线（SDA，串行数据线；SCL，串行时钟线）在连接到总线上的器件之间传送数据，所有连接在总线的I2C器件都可以工作于发送方式或接收方式。 I2C总线最早用于解决电视中CPU与外设之间的通信问题。由于其引脚少，硬件简单，易于建立，可扩展性强，因此I2C的应用范围早已远远超出家电范畴，目前已经成为事实上的工业标准，被广泛地应用于微控制器、存储器和外设模块中。

STM32 I2C串行总线概述

I2C总线上允许连接多个器件，支持多主机通信。与SPI相比，I2C接口最主要的优点是简单性和有效性。

（1）I2C仅用两根信号线（SDA和SCL）就实现了完善的半双工同步数据通信，且能够方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。I2C总线上的器件地址采用硬件设置方法，寻址则由软件完成，避免了从机选择线寻址时造成的片选线众多的弊端，使系统具有更

（2）I2C支持多主控系统，I2C总线上任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主机，所有主控都能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

（3）I2C 接口被设计成漏极开路的形式。在这种结构中，高电平水平只由电阻上拉电平＋VDD电压决定。

上拉电阻Rp1和Rp2的阻值决定了I2C的通信速率，理论上阻值越小，波特率越高。一般而言，当通信速度为100Kb/s时，上拉电阻取4.7kΩ；而当通信速度为400Kb/s时，上拉电阻取1kΩ。 1. I2C接口 I2C是半双工同步串行通信，相比UART和SPI，它所需的信号最少，只需SCL和SCK两根线。

（1）SCL（Serial Clock，串行时钟线）：I2C通信中用于传输时钟的信号线，通常由主机发出。SCL采用集电极开路或漏极开路的输出方式。这样，I2C器件只能使SCL下拉到逻辑0，而不能强制SCL上拉到逻辑1。

（2）SDA（Serial Data，串行数据线）：I2C通信中用于传输数据的信号线。与SCL类似，SDA也采用集电极开路或漏极开路的输出方式。这样，I2C器件同样也只能使SDA下拉到逻辑0，而不能强制SDA上拉到逻辑1。

I2C互连 I2C总线（即SCL和SDA）上可以方便地连接多个I2C器件。与SPI互连相比，I2C互连主要具有以下特点：

（1）必须在I2C总线上外接上拉电阻。由于I2C总线（SCL和SDA）采用集电极开路或漏极开路的输出方式，连接到I2C总线上的任何器件都只能使SCL或SDA置0，因此必须在SCL和SDA上外加上拉电阻，使两根信号线进行置1，才能正确进行数据通信。

（2）通过地址区分挂载在I2C总线上不同的器件。多个I2C器件可以并联在I2C总线上。SPI使用不同的片选线区分挂载在总线上的各个器件，这样，增加了连线数量，给器件扩展带来诸多不便。而I2C使用地址识别总线上的器件，更易于器件的扩展。在I2C互连系统中，每个I2C器件都有一个唯一而独立的身份标识（ID）------器件地址（Address）。

（3）支持多主机互连。 I2C带有竞争检测和仲裁电路，实现了真正的多主机互连。当多主机同时使用总线发送数据时，根据仲裁方式决定由哪个设备占用总线，以防止数据冲突和数据丢失。当然，尽管I2C支持多主机互连，但同一时刻只能有一个主机。目前I2C接口已经获得了广大开发者和设备生产商的认同，市场上存在众多集成了I2C接口的器件。意法半导体（ST）、微芯（Microchip）、德州仪器（TI）和恩智浦（NXP）等嵌入式处理器的主流厂商产品中几乎都集成有I2C接口。外围器件也有越来越多的低速、低成本器件使用I2C接口作为数据或控制信息的接口标准。

I2C总线的数据传送

数据位的有效性规定，I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

起始和终止信号

I2C总线规定，当SCL为高电平时，SDA的电平必须保持稳定不变的状态，只有当SCL处于低电平时，才可以改变SDA的电平值，但起始信号和停止信号是特例。因此，当SCL处于高电平时，SDA的任何跳变都会被识别成为一个起始信号或停止信号

数据传送格式

（1）字节传送与应答在I2C总线的数据传输过程中，发送到SDA信号线上的数据以字节为单位，每个字节必须为8位，而且是高位（MSB）在前，低位（LSB）在后，每次发送数据的字节数量不受限制。但在这个数据传输过程中需要着重强调的是，当发送方发送完每一字节后，都必须等待接收方返回一个应答响应信号

（2）总线的寻址挂在I2C总线上的器件可以很多，但相互间只有两根线连接（数据线和时钟线），如何进行识别寻址呢？具有I2C总线结构的器件在其出厂时已经给定了器件的地址编码。I2C总线器件地址SLA（以7位为例）

（3）数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

传输速率

I2C的标准传输速率为100Kb/s，快速传输可达400Kb/s。目前还增加了高速模式，最高传输速率可达3.4Mb/s。