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目录
I2C通信简介
I2C总线特点
I2C总线分类
I2C总线协议
I2C总线仲裁
上拉电阻计算过程
I2C总线是最难调试总线，没有之一。I2C总线电路设计本身比较简单，包含时钟总线（SCL）和数据总线（SDA）。I2C总线的数据线和时钟线均采用开漏输出方式，电路设计时需要外加上拉电阻，上拉电阻的阻值一般为1K到10K不等。I2C具体的架构见下：
2 I2C总线特点
只要求两条总线线路：时钟总线（SCL）和数据总线（SDA）。
连接到总线上的Device都有唯一的器件地址。
它是一个真正的多主机总线 如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。
串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达 400kbit/s，高速模式下可达 3.4Mbit/s。
片上的滤波器可以滤除总线数据线上的毛刺波保证数据完整。
连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容400pF 限制。
3 I2C总线分类
I2C总线根据的通信的速率不同，可分为Standard-mode、Fast-mode、Fast-mode Plus、High-speed mode、Ultra-Fast mode，具体区别见下：
| I2C 模式 | 最大速率 |
| Standard-mode | 100 kbps |
| Fast-mode | 400 kbps |
| Fast-mode Plus | 1 Mbps |
| High-speed mode | 3.4 Mkbps |
| Ultra-Fast mode | 5 Mbps |
4 I2C总线协议
起始信号（START）与停止信号(STOP)
起始信号为时钟信号（SCL）为高电平时，数据信号(SDA)由高电平跳变为低电平；停止信号为时钟信号（SCL）为高电平时，数据信号(SDA)由低电平跳变为高电平。
逻辑1和逻辑0
逻辑1：时钟数据（SCL）为高电平时，数据信号(SDA)也为高电平。
逻辑0：时钟数据（SCL）为高电平时，数据信号(SDA)也为低电平。
I2C通信与其它的通信不同，在传输有效数据位时，在时钟信号（SCL）为高电平期间，数据信号(SDA)电平不允许变化。
应答信号（ACK）与非应答信号（NACK）
应答信号：当主设备传送8位数据结束后，主机会将SDA线拉高，此时如果从设备正确接收数据则会将SDA拉低并在SCL高电平时保持低电平，这个信号为ACK信号 非应答信号：如果在传输8位数据后从机没有将SDA拉低则该信号为NACK。
读数据
主设备确认从设备地址，发送起始信号；
向总线上发送从设备的地址以及读取数据的命令；
对应的从设备回复应答信号；
从设备向主设备回复主设备要读取的数据；
从设备数据发送给完成后，主机向从设备发送一个非应答信号，然后中止数据的读取。
写数据
主设备确定从设备地址，发送起始信号；
向总线设备的地址以及数据传输方向；
从设备收到主设备的信号后没回复一个应答信号；
主设备向从设备以字节为单位发送数据，且每发送一个数据，都会接收来自从设备的应答信号；
数据发送完成后，从设备发送一个停止信号，表明此次数据传输结束。
5 I2C总线仲裁
总线上存在两个及两个以上主设备时，每个节点都可以作为主设备向总线上发送命令或者数据。当总线上同时存在两个或者两个以上主设备发送信号时，就会造成总线冲突。此时，就需要进行I2C总线仲裁。分以下两个方面来说：
时钟同步
时钟总线（SCL）具有“线与”的逻辑功能，就是当总线有任意一个节点向总线发送低电平时，总线就会呈现低电平的状态。（所有节点呈现高电平时，总线表现为高电平）
SDA仲裁
SDA仲裁也是基于“线与”的逻辑功能，节点发送数据后，比较总线与发送的数据是否一致，保持一致则继续发送，否则退出竞争。SDA仲裁这种机制保证了I2C中线上即使有多个主设备，也不会造成数据丢失。
仲裁过程
设备1和设备2同时向设备发送起始信号，总线上电平与发送电平一致，继续发送数据；
设备1和设备2同时向设备发送低电平，总线上电平与发送电平一致，继续发送数据；
设备1发送高电平。设备2发送低电平。此时，总线呈现低电平状态。总线的电平与设备1发送的电平不一致，退出竞争，且变为从设备。设备2继续发送数据。
6 上拉电阻计算
由于I2C总线端口的高电平是通过上拉电阻实现，总线上的电平从低变高时，电源通过上拉电阻对线上负载电容CL充电，这需要一定的上升时间。
电容充电一般公式：
整理公式可得：
I2C规范将低于VIL或0.3VDD的电压定义为逻辑低电平，同样将高于VIH或0.7VDD的电压定义为逻辑高电平。由上式可以求得：
即T1=0.356675*CL
所以最大上拉电阻为：
结论：电源电压决定上拉电阻的最小值，总线负载电容决定上拉电阻的最大值。
当Tr取最大值，CL取最小值时，R有最大值。
模式 | 上升沿的最大时间 | 总线负载最大容限 |
标准模式 | 1000ns | 400pF |
快速模式 | 300ns | 400pF |
高速模式 | 120ns | 550pF |
所以快速模式下，负载电容为50pF:
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