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

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。
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。
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
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：

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；
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；
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；
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

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。
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。
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。