各种通信(五):IIC协议（二）
一：起始条件
在 I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路间总线）开发中，“Create start condition” 指的是产生起始条件，这是 I2C 通信协议中启动一次数据传输的关键操作。
I2C 总线通过两根线通信：SDA（数据线）和 SCL（时钟线）。起始条件的定义是：当 SCL（时钟线）处于高电平时，SDA（数据线）从高电平切换到低电平（即 SDA 在 SCL 为高期间发生下降沿）。
起始条件的作用是：通知总线上的所有从设备，一次新的 I2C 通信即将开始，从设备会开始监听后续的地址和数据信息。
在实际编程中，通常需要通过硬件 I2C 控制器的寄存器配置，或软件模拟 SDA/SCL 引脚的电平变化来生成这个起始条件。例如，在软件模拟中，步骤大致为：
先将 SDA 和 SCL 都拉到高电平；
保持 SCL 为高，将 SDA 拉低，产生下降沿，完成起始条件。
起始条件是 I2C 通信的第一个关键信号，之后会跟随从设备地址、读写方向位、数据等信息，通信结束时则会产生停止条件（Stop Condition）。
在 I2C 通信协议中，起始条件（Start Condition）和停止条件（Stop Condition）是控制数据传输开始和结束的关键信号，由主设备主动产生，用于同步总线上的所有从设备。两者的定义和作用如下：
1. 起始条件（Start Condition，S）
定义：当 SCL（时钟线）处于高电平时，SDA（数据线）从高电平跳变为低电平（即 SDA 在 SCL 为高期间产生下降沿）。
作用：标志一次 I2C 通信的开始，通知总线上的所有从设备：“即将开始传输数据，请准备接收地址和后续信息”。
二：停止条件（Stop Condition，P）
定义：当 SCL（时钟线）处于高电平时，SDA（数据线）从低电平跳变为高电平（即 SDA 在 SCL 为高期间产生上升沿）。
作用：标志一次 I2C 通信的结束，通知从设备：“当前传输已完成，总线释放”。
总结
起始条件（S）：SCL 高电平时，SDA 从高→低（下降沿），启动通信。
停止条件（P）：SCL 高电平时，SDA 从低→高（上升沿），结束通信。
三： I2C 多通道设计的典型应用场景。通过将不同功能的设备群分配到独立的 I2C 通道
隔离干扰例如，传感器（如温湿度、加速度计）通常对噪声敏感，而显示屏（如 OLED、LCD）可能因刷新频率较高产生一定干扰。分开通道后，可避免两类设备的信号干扰影响传感器的测量精度。
适配不同速率不同设备的 I2C 速率可能不同：
某些传感器仅支持 100kHz 标准模式，
而高速显示屏可能支持 400kHz 快速模式。
独立通道可分别配置速率，无需妥协于最低速率设备。
避免地址冲突若两个设备（如两个同型号传感器）默认地址相同，且无法通过硬件引脚修改地址，此时用不同通道连接可彻底避免地址冲突（无需复杂的地址映射逻辑）。
并行操作提升效率部分 MCU 的多 I2C 通道支持 DMA 或中断并行处理，例如：
通道 1 正在读取传感器数据时，
通道 2 可同时向显示屏写入数据，
无需等待前一个操作完成，提升系统响应速度。
举例说明硬件连接：
通道 1（I2C1）：SDA1 接温湿度传感器（如 SHT30）的 SDA，SCL1 接其 SCL；
通道 2（I2C2）：SDA2 接 OLED 显示屏（如 SSD1306）的 SDA，SCL2 接其 SCL。
这样，传感器和显示屏的通信完全独立，代码中通过操作不同通道的控制器（如 I2C1 和 I2C2 寄存器）即可分别控制，互不干扰。
四：在 I2C 通信协议中，I2C Channel（I2C 通道） 和 I2C Address（I2C 地址） 是两个核心概念，分别从硬件接口和设备标识两个层面解决了多设备通信的问题。以下是详细解释：
1、I2C Channel（I2C 通道）
定义
I2C 通道是硬件层面的独立通信接口，由微控制器（MCU）、处理器（SOC）或专用 I2C 控制器提供。每个通道对应一组独立的 SDA（数据线）和 SCL（时钟线）引脚，以及独立的控制器逻辑（如寄存器、时序发生器、中断 / DMA 模块等）。
核心作用
物理隔离：不同通道的 SDA/SCL 引脚完全独立，可连接互不相关的设备群，避免信号混叠。
并行通信：多个通道可同时工作（如一个通道读取传感器，另一个通道写入显示屏），提升系统效率。
灵活适配：不同通道可独立配置通信速率（100kHz/400kHz/1MHz）、时序参数，适配不同设备的需求。
举例
STM32F103 芯片通常有 2 个 I2C 通道（I2C1、I2C2），分别对应不同的 GPIO 引脚（如 I2C1 用 PB6/PB7，I2C2 用 PB10/PB11）。
若系统中既有低速传感器（需 100kHz），又有高速 EEPROM（需 400kHz），可将它们分别连接到两个通道，各自配置速率。
2、I2C Address（I2C 地址）
定义
I2C 地址是软件层面的设备标识，每个 I2C 从设备（如传感器、存储器）都有一个唯一的地址（7 位或 10 位，最常用 7 位），用于在同一通道中区分不同设备。主设备通过发送地址来指定通信对象。
核心作用
设备区分：同一 I2C 通道的多设备通过地址唯一标识（如通道 1 上连接的温湿度传感器地址为 0x48，加速度计地址为 0x68）。
通信定向：主设备发送数据前，先发送目标设备的地址，只有地址匹配的从设备才会响应，其他设备忽略。
地址特点
默认地址：多数设备有硬件固定的默认地址（如 SSD1306 显示屏默认地址 0x3C 或 0x3D，由引脚电平决定）。
可配置地址：部分设备支持通过硬件引脚（拉高 / 拉低）或软件寄存器修改地址，避免同一通道内的地址冲突。
读写位：7 位地址的第 8 位是读写方向位（0 表示写，1 表示读），因此实际发送的地址帧是 “7 位地址 + 1 位方向”（共 8 位）。
举例
通道 1 上连接了两个设备：A（地址 0x40）和 B（地址 0x41）。
主设备要与 A 通信时，先发送 0x80（0x40 << 1 | 0，写操作），A 会响应，B 忽略；
主设备要读取 B 的数据时，发送 0x83（0x41 << 1 | 1，读操作），B 响应，A 忽略。
3、I2C Channel 与 I2C Address 的关系
两者是层级互补的关系，共同解决多设备通信问题：
先选通道，再选地址：主设备需先确定使用哪个通道（物理接口），再通过地址在该通道内选择具体设备。例：I2C1 通道 -> 地址 0x48 的设备。
解决冲突的不同维度：
若两个设备地址相同且无法修改，可通过不同通道连接（物理隔离）；
若地址不同，可共用同一通道（通过地址区分）。
资源分配逻辑：
通道是 “物理总线”，数量由硬件决定（如 MCU 通常有 2-5 个通道）；
地址是 “逻辑标识”，同一通道最多支持 127 个设备（7 位地址，排除广播地址）。
4.实际应用场景
场景 1：简单系统（如单个传感器）用 1 个通道，通过地址直接通信。
场景 2：多设备但地址不同多个设备（如传感器 A、B、C，地址均不同）共用 1 个通道，主设备通过地址分别访问。
场景 3：地址冲突或速率差异
两个同型号传感器（默认地址相同）：分别接通道 1 和通道 2；
低速传感器（100kHz）和高速显示屏（400kHz）：分通道连接，各自配置速率。
总结
I2C 通道：硬件层面的独立通信接口，负责物理连接和并行通信，解决 “不同设备群的隔离与速率适配”。
I2C 地址：软件层面的设备标识，负责同一通道内的设备区分，解决 “同一总线内的通信定向”。
两者结合，使 I2C 总线既能支持多设备共享，又能灵活应对复杂系统的通信需求。
五.在 I2C 通信协议中，ACK（Acknowledge，确认） 和 NACK（Not Acknowledge，非确认） 是主设备与从设备之间用于校验数据传输是否成功的应答信号，由接收方（根据通信方向，可能是从设备或主设备）产生。
1. ACK（确认信号）
定义：当接收方（从设备或主设备）成功接收到一个字节的数据后，在规定的时钟周期内将 SDA 线拉低，表示 “数据已正确接收”。
产生时机：
主设备向从设备发送数据（如地址、指令、数据字节）时，从设备在每个字节的第 8 位数据传输完成后，会产生 ACK 信号（拉低 SDA），告知主设备 “已收到该字节”。
主设备从从设备读取数据时，主设备在每个字节接收完成后，可产生 ACK 信号，告知从设备 “继续发送下一个字节”。
作用：确认数据传输有效，允许通信继续进行。
2. NACK（非确认信号）
定义：当接收方未成功接收数据，或不需要继续接收数据时，在规定的时钟周期内让 SDA 线保持高电平（通常由上拉电阻维持），表示 “数据未接收或无需继续传输”。
产生时机：
从设备未正确接收主设备发送的地址或数据（如地址不匹配、数据错误）时，从设备会产生 NACK 信号，主设备通常会终止当前通信或重试。
主设备从从设备读取数据时，若已接收完所有需要的数据，主设备会产生 NACK 信号，告知从设备 “停止发送”，随后主设备会产生停止条件（Stop Condition）结束通信。
作用：标识传输异常或终止通信，避免无效数据继续传输。
3. 时序规则
ACK/NACK 信号的产生严格遵循 I2C 时序：
每个字节（8 位）传输完成后，会有一个额外的时钟周期（第 9 个时钟）用于传输 ACK/NACK 信号。
此时，发送方释放 SDA 线（让其由上拉电阻拉至高电平），接收方通过拉低 SDA（ACK）或保持高电平（NACK）来应答。
时钟信号（SCL）由主设备控制，第 9 个时钟的高电平期间，SDA 的状态（低 = ACK，高 = NACK）被确认。
总结
ACK：接收方告知发送方 “数据已正确接收，可继续”（SDA 低电平）。
NACK：接收方告知发送方 “数据未接收或无需继续”（SDA 高电平）。
这两个信号是 I2C 协议中保证数据传输可靠性的关键机制，确保主从设备之间的通信同步和错误检测。