I2C（Inter-Intergrated Circuit）总线详解
一、I2C总线基本概念
1.1 I2C简介
I2C（Inter-Integrated Circuit）是由Philips公司开发的一种串行、同步、半双工的通信总线。主要特点：
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两根线：SDA（数据线）和SCL（时钟线）
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多主多从结构
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7位/10位地址寻址
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标准模式 （100kbps）、快速模式 （400kbps）、高速模式（3.4Mbps）
1.2 物理层特性
SDA ─────┬─────────┐
│ │
上拉 上拉
│ │
SCL ─────┴─────────┘
主机 从机二、I2C通信时序
2.1 基本时序单元
// 开始信号：SCL高电平时，SDA从高变低
void i2c_start(void) {
SDA_HIGH();
SCL_HIGH();
DELAY();
SDA_LOW();
DELAY();
SCL_LOW();
}
// 停止信号：SCL高电平时，SDA从低变高
void i2c_stop(void) {
SDA_LOW();
SCL_HIGH();
DELAY();
SDA_HIGH();
DELAY();
}2.2 数据传输格式
开始信号 + 7位地址 + 1位R/W + ACK + 数据 + ACK + ... + 停止信号-
地址位：7位从机地址（0x00-0x7F）
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R/W位：0-写，1-读
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ACK位：每个字节后接收方应答
三、i.MX6UL的I2C控制器
3.1 寄存器概览
// I2C相关寄存器定义（从原代码提取）
#define I2CR_IEN (1 << 7) // I2C使能位
#define I2CR_MSTA (1 << 5) // 主从模式选择位
#define I2CR_MTX (1 << 4) // 收发模式位
#define I2CR_TXAK (1 << 3) // 应答类型位
#define I2CR_RSTA (1 << 2) // 重复起始信号
#define I2SR_ICF (1 << 7) // 数据传输完成标志
#define I2SR_IBB (1 << 5) // 总线忙标志
#define I2SR_IAL (1 << 4) // 仲裁丢失标志
#define I2SR_IIF (1 << 1) // 中断标志
#define I2SR_RXAK (1 << 0) // 接收应答标志3.2 初始化流程（从原代码分析）
void i2c_init(I2C_Type *base)
{
// 1. 引脚复用配置
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 1); // SDA
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 1); // SCL
// 2. 电气特性配置（上拉、驱动能力等）
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 0x10B0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 0x10B0);
// 3. I2C控制器初始化
base->I2CR &= ~I2CR_IEN; // 先失能I2C
base->IFDR = 0x15; // 设置时钟分频（384KHz）
base->I2CR |= I2CR_IEN; // 使能I2C
}四、I2C写操作实现分析
4.1 完整的写数据流程
// 原代码中的i2c_write函数分析
void i2c_write(I2C_Type *base, unsigned char dev_addr,
unsigned char reg_addr, unsigned char *data,
unsigned int len)
{
int stat = 0;
// 0. 清除状态标志
base->I2SR &= ~(I2SR_IAL | I2SR_IIF);
// 1. 设置为发送模式
base->I2CR |= I2CR_MTX;
// 2. 产生START信号（设置为主机模式）
base->I2CR |= I2CR_MSTA;
// 3. 发送从机地址（写模式）
base->I2DR = ((dev_addr << 1) | 0); // 地址左移1位，最低位0表示写
stat = wait_i2c_iif(base); // 等待传输完成
// 4. 发送寄存器地址
base->I2DR = reg_addr;
stat = wait_i2c_iif(base);
// 5. 循环发送数据
for (int i = 0; i < len; i++)
{
base->I2DR = data[i];
stat = wait_i2c_iif(base);
}
// 6. 产生STOP信号
stop:
base->I2CR &= ~I2CR_MSTA; // 清除主机模式，产生STOP
while ((base->I2SR & I2SR_IBB) != 0) // 等待总线空闲
{
// 超时处理（原代码中待完善）
}
delay_ms(5); // 延时确保STOP完成
}4.2 等待中断标志函数
// 等待传输完成的中断标志
int wait_i2c_iif(I2C_Type *base)
{
// 等待IIF（中断标志）置位
while ((base->I2SR & I2SR_IIF) == 0){
// 建议添加超时机制
// if(timeout) return -2;
}
// 清除中断标志
base->I2SR &= ~I2SR_IIF;
// 检查ACK（应答）
if ((base->I2SR & I2SR_RXAK) != 0)
{
return -1; // NACK，从机未应答
}
return 0; // ACK，传输成功
}五、常见问题与调试技巧
5.1 常见问题
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无应答（NACK）
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检查从机地址是否正确
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确认从机设备是否上电
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检查上拉电阻（通常4.7KΩ）
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仲裁丢失
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多个主机同时尝试控制总线
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总线被意外干扰
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时钟速率问题
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确保IFDR寄存器配置正确
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考虑总线电容导致的信号完整性
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5.2 调试建议
// 添加调试信息的改进版本
void i2c_write_debug(I2C_Type *base, ...)
{
printf("I2C Write Start - Device: 0x%02X, Reg: 0x%02X\n",
dev_addr, reg_addr);
// ... 原有代码 ...
if (stat == -1) {
printf("ERROR: NACK received at byte %d\n", i);
// 可以检查具体状态寄存器
printf("I2SR: 0x%02X\n", base->I2SR);
printf("I2CR: 0x%02X\n", base->I2CR);
}
printf("I2C Write Complete\n");
}六、实际应用示例
6.1 EEPROM（AT24C02）操作
// 向EEPROM写入数据
void eeprom_write_page(uint8_t dev_addr, uint8_t mem_addr,
uint8_t *data, uint8_t len)
{
// AT24C02的器件地址：0xA0（7位地址为0x50）
uint8_t eeprom_addr = 0x50; // 1010000b
// 页写入（最多8字节）
if (len > 8) len = 8;
// 使用原代码的i2c_write函数
i2c_write(I2C1, eeprom_addr, mem_addr, data, len);
// EEPROM需要写入周期时间（5ms）
delay_ms(5);
}
// 从EEPROM读取数据
void eeprom_read_byte(uint8_t dev_addr, uint8_t mem_addr,
uint8_t *data, uint8_t len)
{
// 需要先发送要读取的地址，然后重新开始读操作
// 这里需要扩展原代码支持读操作
}总结
I2C总线是一种简单高效的串行通信协议，特别适合板内低速外设通信。原代码实现了基本的写操作，但还有以下可以完善的地方：
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缺少读操作：需要实现完整的读功能
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错误处理不足：需要添加超时、重试机制
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调试支持：添加状态输出便于调试
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中断支持：可以考虑使用中断方式提高效率
理解I2C协议的关键是掌握其时序：START→地址+R/W→ACK→数据→ACK→...→STOP。在实际应用中，要特别注意时序的严格性和错误处理的完备性。