嵌入式硬件第九弹——ARM（5）

6.I2C(IIC)

6.1 概念

6.1.1 IIC

同步串行半双工通信总线

6.1.2 IIC 硬件设计注意事项

开漏输出+上拉电阻

6.1.3 引脚输出模式表

• 

  输出模式规则：

• 推挽模式：只允许 1、2 输出方式，不允许 msl、ms2 同时打开或关闭

• 开漏模式：只允许 2、3 输出方式，不允许 1 导通

6.2 时序

6.2.1 I2C

1. start 信号：在总线空闲时（高电平），主机在时钟线 (SCL) 为高电平时，在数据线 (SDA) 上产生一个下降沿，称之为起始信号。
2. 发送数据
   1. 发送数据时从机地址 + 数据流向位
   2. 发送数据时遵循 MSB 优先原则（高位优先）
   3. 在 SCL 为低电平时，只允许发送方改变数据 SDA 线，接收方不得采样 SDA
   4. 在 SCL 为高电平时，只允许接收方采样数据 SDA 线，发送方需保证 SDA 稳定。
3. 应答 (9clock)
   1. ACK：应答（真人回复），8 个数据位 + 1 个应答位
   2. NACK：非应答（自动回复），第 9 个 SCL 为低电平时，发送方 SDA 输出高电平
4. stop 信号：在主机不需要再通信时，主机在时钟线 (SCL) 为高电平时，在数据线 (SDA) 上产生一个上升沿，称之为停止信号。

6.2.2 一次通信

A：数据流向位

0：主机发送，从机接收

1：从机发送，主机接收

7. ADC

7.1 什么是ADC

ADC是模数转换器（Analog-to-Digital Converter）的缩写，是一种将连续变化的模拟信号 （比如电压、电流、温度转化的模拟电信号）转换成离散的数字信号的电子器件 / 电路。它是模拟系统和数字系统之间的核心桥梁，数字设备（如 MCU、处理器）无法直接识别模拟信号，需通过 ADC 将其量化为二进制数字后，才能进行采集、处理、存储和传输，常见于电压采集、传感器数据读取等场景。

7.2 ADC基准电压

ADC的基准电压是ADC进行模数转换的参考标准电压，是ADC量化模拟输入电压的 "标尺"ADC的所有量化结果，都是以基准电压为上限（单极性 ADC）或上下限（双极性 ADC）得到的相对值，基准电压的精度、稳定性直接决定 ADC 的转换精度------若基准电压漂移、波动，即使输入模拟信号不变，ADC的数字输出结果也会偏差。主流MCU的ADC基准电压可采用内部基准（如芯片自带 1.2V、2.5V、3.3V）或外部精准基准源，实际应用中需根据采集需求选择稳定的基准电压。

7.3 ADC 的工作原理

ADC的核心工作原理是采样、保持、量化、编码 四个核心步骤，将连续的模拟电压转化为二进制数字，核心是把模拟输入电压与基准电压做比例比较，再将比例值转化为离散的数字量，通用流程如下：

1. 采样：按固定的采样频率，对连续变化的模拟输入信号进行 "快照"，抽取离散的模拟电压值；

2. 保持：将采样得到的瞬时电压值保持一段时间，保证后续量化过程中电压稳定，避免因信号变化导致量化误差；

3. 量化 ：将保持的模拟电压与基准电压进行比例运算，把连续的电压值映射为离散的整数等级（量化等级由 ADC 分辨率决定），这一步是 ADC 产生误差（量化误差）的核心环节；

4. 编码 ：将量化得到的整数等级，转化为数字系统可识别的二进制代码（也可扩展为 BCD 码等），最终输出数字信号。补充：不同类型的 ADC（如逐次逼近型、SAR 型、积分型、流水线型）核心结构不同，但均围绕这四个步骤实现，其中逐次逼近型 ADC 是 MCU 中最常用的类型（如 IMX6ULL、STM32 的片上 ADC）。

7.4 ADC 的分辨率

7.1.1 ADC分辨率

ADC 的分辨率是指ADC 能区分的最小模拟电压变化量 ，表征 ADC 对模拟信号的精细识别能力 ，通常以二进制位数（bit）表示。** ****分辨率的位数决定了 ADC 的量化等级数，**位数越高，量化等级越多，能识别的最小电压变化量越小，转换精度越高。

7.1.2 常见的分辨率

MCU / 专用 ADC 中常见的分辨率以 8/10/12 位为主，工业高精度采集会用到 16/18/24 位，具体分类：

• 低分辨率：8 位，量化等级 256 级，多用于对精度要求较低的场景（如简易电压检测、灯光亮度采集）；

• 中分辨率：10 位、12 位，量化等级分别为 1024 级、4096 级，是嵌入式领域最常用的分辨率（如 IMX6ULL、STM32 系列片上 ADC 多为 12 位，满足工业常规采集、传感器数据读取需求）；

• 高分辨率：16 位、18 位，量化等级 65536 级、262144 级，用于工业高精度采集（如精密温度、压力、称重传感器）；

• 超高分辨率：24 位，量化等级超 1600 万级，多用于高端精密测控、仪器仪表等对精度要求极高的场景。

7.5 ADC 实际应用选择原则

1. 首先看量程：确保要测量的信号电压范围在 ADC 的量程之内。如果信号太小，需要先用运放放大；如果信号太大，需要用电阻分压。
2. 然后看分辨率：根据需要的测量精细度选择位数。例如，测量锂电池电压 (3.0V-4.2V)，一个 12 位的 ADC（有 4096 个等级）可能就足够了，正常选 10 位。
3. 最后看精度：在对测量结果的绝对准确性要求极高的场合（如精密仪器、科学测量），必须仔细研究数据手册中的精度指标（偏移误差、增益误差、INL、DNL），而不能只看它的位数，高精度的 ADC 价格也更高。