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学习嵌入式之硬件——I2C

news 2025/8/16 13:17:41

一、I2C

1.定义

内部集成电路的简称，半双工串行同步通信，是芯片和芯片之间的通信方式；通常只有一个主机，多个从机，采用主从应答的方式

上图所示是IIC的总线的使用场景，所有挂载在IIC总线上的设备都有两根信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。这两个信号线都是双向的。
作为一种通信方式，IIC总线在某一时刻，总线只允许有一个设备处于发送状态，所发生的数据被总线上所有的设备所接收。IIC通信协议包含有设备地址，只有发送方携带的地址与某个接收方的地址相同时，接收方才真正执行相关的指令。
主从应答：命令总是由主机发起，从机应答，如果主机只有一个，叫单主机，两个或两个以上，是多主机，通常情况下为单主机；主机再发命令的时候，所有从机都能收到，从机的回答所有也都能收到；
时钟信号线永远只有主机发；

2.释放总线：

整根线为高电平
释放总线的权利（1）应该由接收方来，谁要接收数据，谁要提前释放总线

3.上拉电阻

IIC总线规定，设备在空闲时，两根总线都处于高电平状态。为保证这种状态，数据线SDA和时钟线SCL都要外接上拉电阻。对于I.MX来说，这个上拉电阻也可以在引脚电器配置中设置。
上拉电阻的作用就是当双方在发1的时候，保证最后线上是1，防止内阻拉低，看过原理图10k

4.I2C时序图：

空闲时，两根线均处于高电平；
每次通信前，发送方首先发送一个“起始”信号，其实信号就是在SCL为高电平时，SDA发送一个低电平。时钟信号是由主机来控制和发送；
时钟信号线为低电平时，数据信号线可以发生改变，当为高电平时，数据信号线必须保持稳定，接收方要在高电平阶段来采样。
高位先行原则
当发完信号时，接收方需要应答，应答为ACK（0）或者NACK（1）（芯片手册写）；
如果后续还有发送数据，就接着应答后面，继续发，依旧遵循上述原则
如果后续没有发送数据，在时钟信号线为高电平时，把数据信号线拉为高电平，从此置空闲状态

每一个从机都有占有一个字节的地址值，而主机发完一个起始信号后，先发从机的地址，地址占7位；最后一个bit，是数据流向位。0：主机发从机收；1：从机发主机收，

5.I.MA6ULL

I.MX6U 提供了 4 个 I2C 外设，通过这四个 I2C 外设即可完成与 I2C 从器件进行通信I.MX6U

的 I2C 支持两种模式：标准模式和快速模式，标准模式下 I2C 数据传输速率最高是 100Kbits/s，在快速模式下数据传输速率最高为 400Kbits/s。

6.寄存器I2C_I2CR

IEN(bit7)：I2C 使能位，为 1 的时候使能 I2C，为 0 的时候关闭 I2C；
IIEN(bit6)：I2C 中断使能位，为 1 的时候使能 I2C 中断，为 0 的时候关闭 I2C 中断；
MSTA(bit5)：主从模式选择位，设置 IIC 工作在主模式还是从模式，为 1 的时候工作在主模式，为 0的时候工作在从模式；
MTX(bit4)：传输方向选择位，用来设置是进行发送还是接收，为 0 的时候是接收，为 1 的是发送；
TXAK(bit3)：传输应答位使能，为 0 的话发送 ACK 信号，为 1 的话发送 NO ACK 信号；
RSTA(bit2)：重复开始信号，为 1 的话产生一个重新开始信号。

7.寄存器 I2Cx_I2SR

ICF(bit7)：数据传输状态位，为 0 的时候表示数据正在传输，为 1 的时候表示数据传输完成；
IAAS(bit6)：当为 1 的时候表示 I2Cx_IADR 寄存器中的地址是从设备地址。为0表示I2Cx_IADR是自己的地址；

IBB(bit5)：I2C 总线忙标志位，当为 0 的时候表示 I2C 总线空闲，为 1 的时候表示 I2C 总线忙；
IAL(bit4)：仲裁丢失位，为 1 的时候表示发生仲裁丢失。仲裁丢失在手册第1455页有说明，如果多个设备同时尝试连接总线，则其中一个成为主设备。硬件会立即将仲裁失败的设备切换到Slave
Receive模式。那么仲裁失败的设备就会产生仲裁丢失，导致此位置位。需要理解的是这种情况一定发生在发送起始位的时候，也就是说在发送完起始位之后应该判断此位是否为1；
SRW(bit2)：从机读写状态位，当 I2C 作为从机的时候使用，此位用来表明主机发送给从机的是读还是写命令。为 0 的时候表示主机要向从机写数据，为 1 的时候表示主机要从从机读取数据；
IIF(bit1)：I2C 中断挂起标志位，当为 1 的时候表示有中断挂起，此位需要软件清零；
RXAK(bit0)：应答信号标志位，无论作为主机还是从机，为 0 的时候表示接收到 ACK 应答信号，为1 的话表示检测到 NO ACK 信号。

8.寄存器I2Cx_I2DR

这是 I2C 的数据寄存器，此寄存器只有低 8 位有效，当要发送数据的时候将要发送的数据写入到此寄存器

注意：此时LSB代表的是数据流向，需要按照实际情况设置为1或者0；如果要接收数据的话
直接读取此寄存器即可得到接收到的数据。

二、电可擦存储器

1.时序图

（1）写8个bit数据

（2）连续写数据

写操作：首先主从机释放总线处于空闲状态，主机在clk处于高电平时，将sda电平拉高，发送起始位。接着主机发送8个bit的设备地址，第8位为数据流向位（0为主机写，1为主机读），从机收到后会发送ACK应答。主机收到从机的应答后，再发送寄存器的地址位，从机收到后发送ACK应答；之后主机发送数据，从机收到后发送ACK应答。主机发送完之后在clk位高电平时拉高电平发送停止位。

（3）当前位置发数据给主机

（3）主机从指定位读

读操作：主机先发送起始位，之后发送8位的设备地址，其中第8个bit写操作，从机收到发送ACK应答，主机再发送寄存器地址，从机回复ACK应答。之后主机会重发设备地址，但第8bit为读操作，从机收到回复ACK应答，从机发送数据，主机收到后回复ACK，主机在最后一个数据字节后回复NACK表示结束，之后主机发送停止位。
如果最后主机回应NACK是从机不发了，如果主机发ACK的话，就继续发