I2C总线有哪些特点，设计时需要哪些细节？

一、前言

I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

二、I2C总线开发设计需要注意点

1、总线容量及驱动能力

I2C总线的外围扩展器件都是CMOS器件，总线有足够的电流驱动能力，因此总线上扩展的节点数不由电流负载能力决定，而由电容负载确定。

总线上每个实际节点器件的总线接口都有一定的等效电容，等效电容的存在会造成总线传输的延迟，导致数据传输出错。

通常总线负载能力为400pF，通常各个I2C器件都会有它自己的电容值，一般为不大于20pF，通据此可计算出总线长度及节点数目的限制数量。总线上的每个外围器件都有一个器件地址，因此总线上扩展外围器件时也要受器件地址限制。

 

 

2、I2C总线的电气结构

I2C总线为双向同步串行总线，因此I2C总线接口内部为双向传输电路，如图.所示。总线端口输出为开漏结构，故总线上必须有上拉电阻，上拉电阻与电源电压、SDA、SCL以及总线串接电阻有关，可参考有关数据手册进行选择，通常可选4.7K到10K。

 

 

3、每个节点都有一个固定的节点地址。I2C总线为双向同步串行总线，因此总线上的单片机都可以成为主节点，其器件地址由软件给定，存放在总线的地址寄存器件中，称为主器件的从地址。在总线的多主系统中，单片机作为从节点时，其从地址才有意义，所以总线上所有的外围器件都有规范的器件地址。

4、I2C总线时序

I2C总线上数据传递时，总线上传送的每一帧数据均为一个字节。但启动总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一个字节后，对方回应一个应答位。在发送时，首先发送的是数据的最高位。每次传送开始有起始信号，结束时有停止信号。在总线传送完一个字节后，可以通过对时钟线的控制使传送暂停。

①时钟和数据发送：

SDA引脚通常使用外部设备拉高。SDA引脚上的数据只能在SCL为低电平时进行更改，SCL为高电平时数据更改将指示开始或停止条件。如图所示。

 

 

②起止条件：

SDA由高到低且SCL为高是启动条件，必须先于任何其他命令。SDA由低到高且SCL为高是停止条件，在一个读序列后，停止命令会使EEPROM进入待机模式。如图所示。

 

 

③应答：

所有地址和数据字均以8bit字连续传输到EEPROM，EEPROM发送一个"0"来应答，以确认它已收到每个字。应答发生在第九个时钟周期如图所示。

 

 

三、设计实例

我们对于AT24C256肯定不会陌生，这是ATMEL公司256kbit串行电可擦的可编程只读存储器，8引脚双排直插式封装，具有结构紧凑、存储容量大等特点，可以在2线总线上并接4片该IC，特别适用于具有高容量数据储存要求的数据采集系统。

 

 

EEPROM存储器设备既可以接收又可以发送数据。每个挂接在总线上的器件都有唯一一个地址识别。

主机访问EEPROM时，主机在向EEPROM发送完控制字节和地址信息后，紧接着向EEPROM存储器发送起始条件和控制信号并发送读标志位信号，切换数据的收发方向。接着在收到EEPROM的响应信号后便可以读出需要的数据了。

四、总结

通过以上实例，我们可以知道I2C优点主要表现在：

1、简化了硬件电路。在这种总线中只需要两根线，即串行数据线(SDA)和串行的时钟线(SCL)。

2、每个挂在总线上的I2C器件都有一个唯一的地址，并可以通过软件寻址。

3、因为在总线上可能有多个主I2C器件，因此I2C总线接口协议中有冲突监测和仲裁机制，以防止通信中的数据丢失或发生错误。

4、这种串行的两线双向的总线在标准模式下的速率为100kbit/s，在快速模式下的速率为400kbit/s，在高速模式下为3/4Mbit/s。

5、I2C器件中有滤波抗扰措施来保证数据的完整性。

6、在总线上挂接的器件数目是有限的，即总线上的容抗不能超过400pF。

　　审核编辑：汤梓红