I2C总线协议

IIC总线协议

1.0 IIC总线结构

• 数据线SDA：传输数据
  时钟线SCL：同步时钟
  
• 总线每个上每个器件地址唯一
  
• 总线上数据的传输速率(比特率)
  在标准模式      (Sm ) 下可达 100 kbit/s
  在快速模式      (Fm ) 下可达 400 kbit/s
  在快速增强模式   (Fm+) 下可达 1   Mbit/s
  在高速模式      (HSm) 下可达 3.4 Mbit/s
  
• IIC总线传输时高位先行(MSB First)
  下图源自 AT24C02 Datasheet
  
  
  
  
• SDA线为了实现总线的线与特性需要设置为开漏+上拉结构，由外部上拉电阻决定，上拉电阻越大，信号上升时间越长，总线最大速率越低，抗干扰能力越弱，反之。(一般取4.7k，10k，100k) 同时上拉电阻过小，会导致低电平实际电压过高，影响数据传输
  I2C总线上的电阻 - 功能与阻值范围的确定_哔哩哔哩_bilibili
  

1.1 逻辑线与

1.2 起始位

在SCL高电平时，向SDA发送下降沿

1.3 寻址

发送从机地址(7位 or 10位)

(7位地址)
R/W#位:填写数据传输的方向
R/W# = 0, 写
R/W# = 1, 读
0 - Ack - Acknowledge
1 - NAK - Not Acknowledge
为什么NAK要设置为1生效?

因为当iic总线空闲时, SDA线会被上拉电阻拉至高电平, 所以当NAK(无回复)时, NAK = 1;
寻址阶段出现NAK的原因：

• 地址错误
  
• 从机为忙状态
  
• 从机故障
  

1.4 数据传输

I2C以字节为单位传输数据

每个字节传输后，接收方需发送 ACK（低电平）或NAK（高电平） 信号。
1.5 停止位

在SCL高电平时，向SDA发送上升沿

与起始位对比：都是在SCL为高电平时操作SDA，但是起始位为拉低(下降沿)，停止位是拉高(上升沿)
1.6 示例

1.7 I2C总线死锁

• 在主机与从机通信器件，主机异常复位导致的死锁   环境:软件模拟I2C协议，SDA使用开漏输出
  

解决方法：总线访问忙检测超过设置时间进行总线恢复操作 总线恢复操作：手动输出SCL脉冲，使得从设备结束通信释放总线 1. 发送至少 9 个 SCL 脉冲（对应 I2C 规范中的 “时钟延展” 恢复流程）。 2. 发送一个 STOP 条件（SDA 从低→高，SCL 保持高）。
2. 死锁原因:
其一:
主机: I2C主机检测SDA信号为低, 认为总线处于忙状态等待总线释放
从机: I2C从机等待SCL信号从高至低，释放应答信号
总结: 主机等待从机释放SDA, 从机等待主机释放SCL, 互相等待造成死锁
(13)I2C死锁解决方式二选一_哔哩哔哩_bilibili
以上图片源自B站UP主-铁头山羊


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