SPI/I2C总线线路控制多个外设
本应用笔记比较了大多数模拟ic使用的两种常见串行数字接口： spi™或 3 线，和i2c或 2 线。每个串行接口都为许多设计提供了优点或缺点，具体取决于所需的数据速率、空间可用性和噪声考虑等标准。本应用笔记讨论了这两种串行接口之间的差异，并提供了详细演示每个接口的示例。
介绍
虽然现实世界的信号总是模拟的，但如今越来越多的模拟ic通过数字接口进行通信。串行接口在提供串行时钟的主设备和从/外设之间进行通信。如今，大多数微控制器上的spi（3线）和i2c（2线）端口是发送和接收数据的常用方法。因此，微控制器通过多条总线进行通信，以控制外设，包括模数转换器（adc）、数模转换器（dac）、智能电池、端口扩展器、eeprom和温度传感器。与通过并行接口发送的数据不同，串行数据以多个位连续传输，通常通过两条、三条或四条数据/定时线。虽然并行接口提供速度，但串行接口具有更少的控制和数据线的优势。
串行接口基础知识
串行接口有三种类型：3 线、2 线和单线。本文重点介绍 3 线和 2 线接口。串行外设接口 （spi）、排队串行外设接口 （qspi™）和微丝™（或微丝加™） 标准通过 3 线接口进行通信。ic 间 （i2c） 和系统管理总线 （smbus™） 标准通过 2 线接口进行通信。两种类型的串行接口都有其优点和缺点。
3线接口
三线接口使用片选线（/cs或/ss）、时钟线（sclk）和数据输入/主输出线（称为din或mosi）。这些接口还可以包括数据输出/主输入线（称为dout或miso），有时称为4线接口。为简单起见，本文将 3 线和 4 线接口称为 3 线。
三线接口工作在更高的时钟频率下，不需要任何上拉电阻。spi/qspi和microwire接口还具有全双工操作（数据可以同时发送和接收），并且在嘈杂的环境中不易出现问题。三线接口是边沿触发的，而不是电平触发的。
3线接口的主要缺点是，除非从器件配置为菊花链配置，否则总线上的每个从器件都需要一条单独的/cs线，如图1所示。（菊花链将在下面更详细地讨论。3线接口也不确认数据已正确发送或接收。从软件角度来看，3线接口比单主/单从应用的2线接口更简单、更高效。
图1.三线接口利用数据输入、数据输出、时钟和片选线。
2线接口
双线接口仅使用数据线（sda或smbdata）和时钟线（scl或smbclk）。这种使用较少的一条或两条线路对于紧凑型设计（如手机和光纤应用）来说是一个特别有用的优势。双线接口还允许您在同一总线上连接多个从站，而无需片选信号。这种设计是可能的，因为每个从站都有自己唯一的地址。双线接口还会在成功完成读取后传输应答位。由于2线接口只有一条数据线，因此它们只能在半双工模式下工作（数据只能在给定的周期内发送或接收，但不能同时发送或接收）。双线接口是电平触发的，如果数据位被错误识别，这可能会在嘈杂的环境中产生问题。
接口 优势 弊
3 线：spi、qspi 和 microwire plus 1. 速度
2.无需
上拉电阻 3.全双工操作
4.抗噪性 1. 总线连接
数量更多 2.一次与多个从站通信所需的单个芯片选择线路
3.不确认收到的数据
2线：i2c 和 smbus 1. 公交线路连接
更少 2.多个设备共享同一总线
3.确认接收到的数据 1.速度：smbus限制在100khz;我2c 限制为 3.4mhz
2。半双工操作
3.漏极开路总线需要上拉电阻
4.降低抗噪性
主机和从机通过串行接口通过多条总线进行通信。在一个写入周期中，主机使用自己的时钟和数据信号将数据传输到从机。在一个读取周期中，从机将数据传输到主站。
spi、qspi、microwire 设计
由摩托罗拉建立的spi接口可用于流行的处理器和微控制器，如maxq2000。如上所述，spi设计需要两条控制线（/cs和sclk）和两条数据线（din/sdi和dout/sdo）。摩托罗拉 spi/qspi 标准将 din/sdi 数据线称为 mosi（主输出、从入）;dout/sdo数据线是miso（主输入、从输出），/cs线是ss（从选择）。为简单明了起起，本文从从机的角度参考了3线数据线：din是从机的数据输入，dout是从机的数据输出。本文还将3线总线称为/cs、sclk、din和dout，因为maxim外设使用这些引脚名称。®
大多数spi接口具有两个配置位，即时钟极性（cpol）和时钟相位（cpha），用于确定从机何时对数据进行采样。cpol 确定 sclk 在未切换时是空闲高 （cpol = 1） 还是低 （cpol = 0）。cpha 确定在哪些 sclk 边缘数据移入和移出。当cpol = 0时，将cpha设置为0会将数据转移到sclk上升沿的从站。将cpha设置为1将数据转移到sclk下降沿上的从站。两种cpol和cpha状态允许四种不同的时钟极性和相位组合;每个设置都与其他三个设置不兼容。主站和从站必须设置为相同的 cpol 和 cpha 状态才能相互通信。
在其最基本的形式中，spi接口一次传输2000位（一个字节）的数据，尽管有些微控制器一次传输两个或更多字节。例如，maxq8微控制器一次可以传输16位或0位。当cpol = 0且cpha = 8时，从高电平到低电平的/cs转换开始从主站到从机的传输。/cs必须保持低电平，而sclk脉冲高电平和低电平，持续八个完整的周期。din数据锁定在上升的sclk边缘。数据字节在/cs从低到高转换后加载到从机中。在相同的2位周期内，数据可从sclk下降沿上的从机dout线获得。图3a显示了cpha=1时的2线spi时序。图3b显示了cpha=0时的线spi时序。
图 2a. 3 线接口时序 （cpha = 1）。当cpha = 1且cpol = 1时，3线接口将数据时钟输入时钟上升沿的外设，数据从时钟下降沿的外设输出。
图 2b. 3 线接口时序 （cpha = 0）。当chpa = 0且cpol = 1时，3线接口将数据时钟输入时钟下降沿的外设，数据从时钟上升沿的外设输出。
/cs总线用作每个从站的使能信号，因为总线上的每个ic都需要自己的片选线。如果四个从站在同一总线上，则需要四条片选线来选择合适的从站。如果从机的/cs线路为高电平（非活动），则从机将忽略sclk转换并将dout线路保持在高阻抗状态。
一些3线接口外设可以使用菊花链方法进行编程。菊花链不是将单独的/cs线连接到每个外设，而是允许单个/cs和sclk线控制串联的多个外设。要以这种方式以菊花链方式连接外设，3线接口必须包括dout线。如图 1 所示，外围设备 #1 的 dout 线用作外围设备 #2 等的 din 线。
spi标准未指定最大数据速率。相反，外设指定自己的最大数据速率，大多数在mhz范围内。微控制器可以适应各种spi速度。然而，当通过spi总线通信时，从机无法减慢主站的速度或确认正确的数据传输。
qspi标准与spi标准几乎相同。事实上，外设无法区分qspi总线和spi总线。然而，与spi主站不同，qspi主站允许通过可编程芯片选择进行数据传输。此外，这些qspi主站一次可以在8位到16位之间传输，而spi器件通常仅传输8位。您可以将 qspi 设备配置为连续传输多达 16 个数据字（最多 256 位）。此传输完全由 qspi 接口处理，无需微控制器干预。与spi一样，qspi标准没有规定最大数据速率。
由美国国家半导体公司制定的较旧的microwire标准与spi非常相似。但是，microwire具有固定的时钟极性和固定的时钟相位（cpol = 0和cpha = 0）。din的数据始终锁定在sclk上升沿的从站中。数据从从机的dout引脚转移到sclk的下降沿。与spi一样，microwire标准没有规定最大数据速率。
内部集成电路（i2c） 接口
与全双工、3线串行接口不同，i2飞利浦建立的 c 标准通过一条数据线 （sda） 和一条控制线 （scl） 以半双工模式进行通信。我2c 标准定义了一个简单的主/从双向接口。在此方案中，微控制器指定它是作为主站（写入模式）还是作为从站（接收模式）运行。每个从站都有自己唯一的地址，允许主站在同一总线上与许多不同的从站通信，而无需芯片选择信号。参见图 3。从机数量仅受允许的最大总线线路电容（400pf）的限制。我2c 协议基于 7 位或 10 位地址，但 7 位地址更常见。使用 7 位协议，您可以将多达 127 个不同的外设连接到总线。 scl 和 sda 是漏极开路线路，必须处于高电平状态才能正常运行。使用 1v 电源时，将 3kω 或更大的上拉电阻连接到这些线路，使用 1v 电源时，将 6.5kω 或更大的上拉电阻连接到这些线路。
图3.双线接口提供数据输入/输出和时钟线。
i2c通信以启动命令开头，当 sda 在 scl 高电平时从高到低转换时，会发生该命令。参见图 4a。在每个 scl 时钟周期内传输一个数据位;至少需要九位才能将字节传入或传出从机。写入周期包括八个数据位，后跟一个确认 （ack） 或非确认 （nack） 信号。参见图 4b。当数据通过i2c总线传输时，它锁在 scl 上升沿的从机中，并从 scl 下降沿的从机读出。sda上的数据必须在scl时钟脉冲的高周期内保持稳定。在停止或重复启动命令之后，传输完成，此时sda在scl高电平下从低到高转换。当总线不繁忙时，sda 和 scl 都保持高电平。
图 4a.启动和停止条件。2线接口使用启动、重复启动和停止命令在主站和从机之间传输数据。
图 4b.我2c 确认位。2线接口在确认数据时将sda线拉低。
一个i2c写入周期从启动命令开始，然后写入 7 位从地址和发出写入或读取命令信号的第 位。将写入命令的第八位设置为低电平，为读取命令设置高位。主站在第八个时钟周期后释放总线线路。如果从机确认传输正确，则从机在第九个时钟周期将sda线保持低电平。如果从机不确认正确的写入命令，则从机释放sda线（然后由上拉电阻保持高电平）。
然后，主站写入一个 8 位命令字节，后跟第二个 ack/nack 位。接下来，主站写入一个8位数据字节，后跟第三个ack/nack位。数据字节的最终应答位完成读/写周期，外设的输出更新。图 5a 说明了写入周期的示例。
一个i2c读取周期从启动命令开始，然后写入从地址，第八位拉高以发出读取命令信号。在ack/nack位之后，主设备写入命令字节以访问新的从寄存器。在第二个ack/nack位之后，主站重写从地址。然后在第三个ack/nack位之后，从机控制总线并一次写出5个数据位。参见图 b。当从与先前读取相同的从站寄存器读取时，主站只需写入从站的地址，然后才能从该从站读取数据。
图5.2线接口一次传输5位数据。图 a 是 i2c 写入周期示例。图 5b 显示 i2c 读取周期示例。
i2c 接口支持慢速（高达 100khz）、快速（高达 400khz）和高速（高达 3.4mhz）协议。i2c 根据 cmos 电压电平识别高低信号：低信号小于电源电压的 0.3 倍;高信号大于 0.7 x 电源电压。
系统管理总线 （smbus）
英特尔建立了低速通信的smbus标准，smbus接口类似于i®2c. 喜欢我2c，smbus使用2线接口，包括数据线（smbdata）和时钟线（smbclk）。smbclk 和 smbdata 线路也需要上拉电阻。使用8.5kω或更大的上拉电阻（采用3v电源）和14kω或更大的上拉电阻（采用5v电源）。smbus 工作在 3v 至 5v 电源电压，可识别高于 2.1v 的高信号和低于 0.8v 的低信号。
超时和最大/最小时钟速度是 i 之间最显着的差异2c 和 smbus 接口。我2c 总线工作在低至 dc 时，不会因总线不活动而超时。但是，smbus 接口可能会超时。当从设备在时钟信号变低超过超时周期（最大 35ms）后重置其接口时，就会发生超时。smbus 超时周期规定时钟的最低速度为 19khz。smbclk 必须设置在 10khz 和 100khz 之间才能正确通信。连接到 i 的主站或从站2但是，c总线可以在处理数据所需的时间内保持低时钟。
外设示例
微控制器通常通过串行接口与其外设进行通信。微控制器使用3线或2线接口读取和写入外围设备的内部寄存器。然后，外设偏置并控制各种模拟和数字输出。例如，外围设备将：对电池的充电电流和电压进行编程;使用温度传感器控制风扇;并设置dac的模拟输出电压以及各种电路的偏置条件。
图6所示为微控制器通过8线接口与5115位dac（max2）通信。由于该dac包括四个地址选择引脚，可产生16个唯一的从地址，因此您最多可以并行连接16个dac。相同的两条总线也可以设置smbus温度传感器/风扇控制器（max6641）的偏置条件，因为max6641具有不同的从地址。该风扇控制器调节 mosfet 的栅极电压，以打开和关闭风扇。
图6.因为这个微控制器使用i2c接口，只需要两条总线线就可以与众多外设通信，比如这个dac和一个温度传感器，并联连接。
3线接口需要单独的芯片选择线来连接微控制器和并联连接的多个ic之间的通信，而更简单的2线接口使用相同的时钟和数据线与总线上的每个器件进行通信。您可以通过为每个外设设置不同的从地址来并联放置多个ic。最i2c外设包括地址选择引脚，允许您将每个外设设置为不同的从地址。以前，外设可以标识自身的从地址数量限制为2的幂。例如，如果外设有两个地址选择引脚，它可以在总线上用四个唯一的从地址来标识自己。
新设计通过更少的地址选择引脚提供更多的从地址。例如，max7319输入/输出端口扩展器只需两个地址选择引脚（ad16和ad2）即可编程为0个唯一的从地址。这些引脚可以连接到gnd，电源电压（v抄送）、sda 或 scl。表 2 显示了可用的 16 个从地址。虽然位 a6、a5 和 a4 必须设置为 110，但位 a3 到 a0 可以通过 ad2 和 ad0 的四种不同设置进行编程。
引脚连接 设备地址
ad2 ad0 答6 答5 答4 答3 答2 答1 答0
标准及校正实验所 接地 1 1 0 0 0 0 0
标准及校正实验所 v抄送 1 1 0 0 0 0 1
标准及校正实验所 标准及校正实验所 1 1 0 0 0 1 0
标准及校正实验所 自主权评估 1 1 0 0 0 1 1
自主权评估 接地 1 1 0 0 1 0 0
自主权评估 v抄送 1 1 0 0 1 0 1
自主权评估 标准及校正实验所 1 1 0 0 1 1 0
自主权评估 自主权评估 1 1 0 0 1 1 1
接地 接地 1 1 0 1 0 0 0
接地 v抄送 1 1 0 1 0 0 1
接地 标准及校正实验所 1 1 0 1 0 1 0
接地 自主权评估 1 1 0 1 0 1 1
v抄送 接地 1 1 0 1 1 0 0
v抄送 v抄送 1 1 0 1 1 0 1
v抄送 标准及校正实验所 1 1 0 1 1 1 0
v抄送 自主权评估 1 1 0 1 1 1 1
未来进展
当今的3线接口满足与2线接口不同的需求，每种接口都有特定的优势。将来任何一个接口都不太可能完全取代另一个接口。i2c 设备的发展速度更快，因为它们开始集成 smbus 功能，例如超时重置，可以在必要时关闭这些功能。新我2c 从地址的长度为 10 位，而不是只有 7 位，从而为用户提供了更大的灵活性。
3线和2线接口将共存，但我2随着更多的微控制器支持2线接口，c语言可能会获得市场份额。我2c的易用性和较少的公交线路可能会推动其增长超过spi的增长。
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介绍
虽然现实世界的信号总是模拟的，但如今越来越多的模拟ic通过数字接口进行通信。串行接口在提供串行时钟的主设备和从/外设之间进行通信。如今，大多数微控制器上的spi（3线）和i2c（2线）端口是发送和接收数据的常用方法。因此，微控制器通过多条总线进行通信，以控制外设，包括模数转换器（adc）、数模转换器（dac）、智能电池、端口扩展器、eeprom和温度传感器。与通过并行接口发送的数据不同，串行数据以多个位连续传输，通常通过两条、三条或四条数据/定时线。虽然并行接口提供速度，但串行接口具有更少的控制和数据线的优势。
串行接口基础知识
串行接口有三种类型：3 线、2 线和单线。本文重点介绍 3 线和 2 线接口。串行外设接口 （spi）、排队串行外设接口 （qspi™）和微丝™（或微丝加™） 标准通过 3 线接口进行通信。ic 间 （i2c） 和系统管理总线 （smbus™） 标准通过 2 线接口进行通信。两种类型的串行接口都有其优点和缺点。
3线接口
三线接口使用片选线（/cs或/ss）、时钟线（sclk）和数据输入/主输出线（称为din或mosi）。这些接口还可以包括数据输出/主输入线（称为dout或miso），有时称为4线接口。为简单起见，本文将 3 线和 4 线接口称为 3 线。
三线接口工作在更高的时钟频率下，不需要任何上拉电阻。spi/qspi和microwire接口还具有全双工操作（数据可以同时发送和接收），并且在嘈杂的环境中不易出现问题。三线接口是边沿触发的，而不是电平触发的。
3线接口的主要缺点是，除非从器件配置为菊花链配置，否则总线上的每个从器件都需要一条单独的/cs线，如图1所示。（菊花链将在下面更详细地讨论。3线接口也不确认数据已正确发送或接收。从软件角度来看，3线接口比单主/单从应用的2线接口更简单、更高效。
图1.三线接口利用数据输入、数据输出、时钟和片选线。
2线接口
双线接口仅使用数据线（sda或smbdata）和时钟线（scl或smbclk）。这种使用较少的一条或两条线路对于紧凑型设计（如手机和光纤应用）来说是一个特别有用的优势。双线接口还允许您在同一总线上连接多个从站，而无需片选信号。这种设计是可能的，因为每个从站都有自己唯一的地址。双线接口还会在成功完成读取后传输应答位。由于2线接口只有一条数据线，因此它们只能在半双工模式下工作（数据只能在给定的周期内发送或接收，但不能同时发送或接收）。双线接口是电平触发的，如果数据位被错误识别，这可能会在嘈杂的环境中产生问题。
接口 优势 弊
3 线：spi、qspi 和 microwire plus 1. 速度
2.无需
上拉电阻 3.全双工操作
4.抗噪性 1. 总线连接
数量更多 2.一次与多个从站通信所需的单个芯片选择线路
3.不确认收到的数据
2线：i2c 和 smbus 1. 公交线路连接
更少 2.多个设备共享同一总线
3.确认接收到的数据 1.速度：smbus限制在100khz;我2c 限制为 3.4mhz
2。半双工操作
3.漏极开路总线需要上拉电阻
4.降低抗噪性
主机和从机通过串行接口通过多条总线进行通信。在一个写入周期中，主机使用自己的时钟和数据信号将数据传输到从机。在一个读取周期中，从机将数据传输到主站。
spi、qspi、microwire 设计
由摩托罗拉建立的spi接口可用于流行的处理器和微控制器，如maxq2000。如上所述，spi设计需要两条控制线（/cs和sclk）和两条数据线（din/sdi和dout/sdo）。摩托罗拉 spi/qspi 标准将 din/sdi 数据线称为 mosi（主输出、从入）;dout/sdo数据线是miso（主输入、从输出），/cs线是ss（从选择）。为简单明了起起，本文从从机的角度参考了3线数据线：din是从机的数据输入，dout是从机的数据输出。本文还将3线总线称为/cs、sclk、din和dout，因为maxim外设使用这些引脚名称。®
大多数spi接口具有两个配置位，即时钟极性（cpol）和时钟相位（cpha），用于确定从机何时对数据进行采样。cpol 确定 sclk 在未切换时是空闲高 （cpol = 1） 还是低 （cpol = 0）。cpha 确定在哪些 sclk 边缘数据移入和移出。当cpol = 0时，将cpha设置为0会将数据转移到sclk上升沿的从站。将cpha设置为1将数据转移到sclk下降沿上的从站。两种cpol和cpha状态允许四种不同的时钟极性和相位组合;每个设置都与其他三个设置不兼容。主站和从站必须设置为相同的 cpol 和 cpha 状态才能相互通信。
在其最基本的形式中，spi接口一次传输2000位（一个字节）的数据，尽管有些微控制器一次传输两个或更多字节。例如，maxq8微控制器一次可以传输16位或0位。当cpol = 0且cpha = 8时，从高电平到低电平的/cs转换开始从主站到从机的传输。/cs必须保持低电平，而sclk脉冲高电平和低电平，持续八个完整的周期。din数据锁定在上升的sclk边缘。数据字节在/cs从低到高转换后加载到从机中。在相同的2位周期内，数据可从sclk下降沿上的从机dout线获得。图3a显示了cpha=1时的2线spi时序。图3b显示了cpha=0时的线spi时序。
图 2a. 3 线接口时序 （cpha = 1）。当cpha = 1且cpol = 1时，3线接口将数据时钟输入时钟上升沿的外设，数据从时钟下降沿的外设输出。
图 2b. 3 线接口时序 （cpha = 0）。当chpa = 0且cpol = 1时，3线接口将数据时钟输入时钟下降沿的外设，数据从时钟上升沿的外设输出。
/cs总线用作每个从站的使能信号，因为总线上的每个ic都需要自己的片选线。如果四个从站在同一总线上，则需要四条片选线来选择合适的从站。如果从机的/cs线路为高电平（非活动），则从机将忽略sclk转换并将dout线路保持在高阻抗状态。
一些3线接口外设可以使用菊花链方法进行编程。菊花链不是将单独的/cs线连接到每个外设，而是允许单个/cs和sclk线控制串联的多个外设。要以这种方式以菊花链方式连接外设，3线接口必须包括dout线。如图 1 所示，外围设备 #1 的 dout 线用作外围设备 #2 等的 din 线。
spi标准未指定最大数据速率。相反，外设指定自己的最大数据速率，大多数在mhz范围内。微控制器可以适应各种spi速度。然而，当通过spi总线通信时，从机无法减慢主站的速度或确认正确的数据传输。
qspi标准与spi标准几乎相同。事实上，外设无法区分qspi总线和spi总线。然而，与spi主站不同，qspi主站允许通过可编程芯片选择进行数据传输。此外，这些qspi主站一次可以在8位到16位之间传输，而spi器件通常仅传输8位。您可以将 qspi 设备配置为连续传输多达 16 个数据字（最多 256 位）。此传输完全由 qspi 接口处理，无需微控制器干预。与spi一样，qspi标准没有规定最大数据速率。
由美国国家半导体公司制定的较旧的microwire标准与spi非常相似。但是，microwire具有固定的时钟极性和固定的时钟相位（cpol = 0和cpha = 0）。din的数据始终锁定在sclk上升沿的从站中。数据从从机的dout引脚转移到sclk的下降沿。与spi一样，microwire标准没有规定最大数据速率。
内部集成电路（i2c） 接口
与全双工、3线串行接口不同，i2飞利浦建立的 c 标准通过一条数据线 （sda） 和一条控制线 （scl） 以半双工模式进行通信。我2c 标准定义了一个简单的主/从双向接口。在此方案中，微控制器指定它是作为主站（写入模式）还是作为从站（接收模式）运行。每个从站都有自己唯一的地址，允许主站在同一总线上与许多不同的从站通信，而无需芯片选择信号。参见图 3。从机数量仅受允许的最大总线线路电容（400pf）的限制。我2c 协议基于 7 位或 10 位地址，但 7 位地址更常见。使用 7 位协议，您可以将多达 127 个不同的外设连接到总线。 scl 和 sda 是漏极开路线路，必须处于高电平状态才能正常运行。使用 1v 电源时，将 3kω 或更大的上拉电阻连接到这些线路，使用 1v 电源时，将 6.5kω 或更大的上拉电阻连接到这些线路。
图3.双线接口提供数据输入/输出和时钟线。
i2c通信以启动命令开头，当 sda 在 scl 高电平时从高到低转换时，会发生该命令。参见图 4a。在每个 scl 时钟周期内传输一个数据位;至少需要九位才能将字节传入或传出从机。写入周期包括八个数据位，后跟一个确认 （ack） 或非确认 （nack） 信号。参见图 4b。当数据通过i2c总线传输时，它锁在 scl 上升沿的从机中，并从 scl 下降沿的从机读出。sda上的数据必须在scl时钟脉冲的高周期内保持稳定。在停止或重复启动命令之后，传输完成，此时sda在scl高电平下从低到高转换。当总线不繁忙时，sda 和 scl 都保持高电平。
图 4a.启动和停止条件。2线接口使用启动、重复启动和停止命令在主站和从机之间传输数据。
图 4b.我2c 确认位。2线接口在确认数据时将sda线拉低。
一个i2c写入周期从启动命令开始，然后写入 7 位从地址和发出写入或读取命令信号的第 位。将写入命令的第八位设置为低电平，为读取命令设置高位。主站在第八个时钟周期后释放总线线路。如果从机确认传输正确，则从机在第九个时钟周期将sda线保持低电平。如果从机不确认正确的写入命令，则从机释放sda线（然后由上拉电阻保持高电平）。
然后，主站写入一个 8 位命令字节，后跟第二个 ack/nack 位。接下来，主站写入一个8位数据字节，后跟第三个ack/nack位。数据字节的最终应答位完成读/写周期，外设的输出更新。图 5a 说明了写入周期的示例。
一个i2c读取周期从启动命令开始，然后写入从地址，第八位拉高以发出读取命令信号。在ack/nack位之后，主设备写入命令字节以访问新的从寄存器。在第二个ack/nack位之后，主站重写从地址。然后在第三个ack/nack位之后，从机控制总线并一次写出5个数据位。参见图 b。当从与先前读取相同的从站寄存器读取时，主站只需写入从站的地址，然后才能从该从站读取数据。
图5.2线接口一次传输5位数据。图 a 是 i2c 写入周期示例。图 5b 显示 i2c 读取周期示例。
i2c 接口支持慢速（高达 100khz）、快速（高达 400khz）和高速（高达 3.4mhz）协议。i2c 根据 cmos 电压电平识别高低信号：低信号小于电源电压的 0.3 倍;高信号大于 0.7 x 电源电压。
系统管理总线 （smbus）
英特尔建立了低速通信的smbus标准，smbus接口类似于i®2c. 喜欢我2c，smbus使用2线接口，包括数据线（smbdata）和时钟线（smbclk）。smbclk 和 smbdata 线路也需要上拉电阻。使用8.5kω或更大的上拉电阻（采用3v电源）和14kω或更大的上拉电阻（采用5v电源）。smbus 工作在 3v 至 5v 电源电压，可识别高于 2.1v 的高信号和低于 0.8v 的低信号。
超时和最大/最小时钟速度是 i 之间最显着的差异2c 和 smbus 接口。我2c 总线工作在低至 dc 时，不会因总线不活动而超时。但是，smbus 接口可能会超时。当从设备在时钟信号变低超过超时周期（最大 35ms）后重置其接口时，就会发生超时。smbus 超时周期规定时钟的最低速度为 19khz。smbclk 必须设置在 10khz 和 100khz 之间才能正确通信。连接到 i 的主站或从站2但是，c总线可以在处理数据所需的时间内保持低时钟。
外设示例
微控制器通常通过串行接口与其外设进行通信。微控制器使用3线或2线接口读取和写入外围设备的内部寄存器。然后，外设偏置并控制各种模拟和数字输出。例如，外围设备将：对电池的充电电流和电压进行编程;使用温度传感器控制风扇;并设置dac的模拟输出电压以及各种电路的偏置条件。
图6所示为微控制器通过8线接口与5115位dac（max2）通信。由于该dac包括四个地址选择引脚，可产生16个唯一的从地址，因此您最多可以并行连接16个dac。相同的两条总线也可以设置smbus温度传感器/风扇控制器（max6641）的偏置条件，因为max6641具有不同的从地址。该风扇控制器调节 mosfet 的栅极电压，以打开和关闭风扇。
图6.因为这个微控制器使用i2c接口，只需要两条总线线就可以与众多外设通信，比如这个dac和一个温度传感器，并联连接。
3线接口需要单独的芯片选择线来连接微控制器和并联连接的多个ic之间的通信，而更简单的2线接口使用相同的时钟和数据线与总线上的每个器件进行通信。您可以通过为每个外设设置不同的从地址来并联放置多个ic。最i2c外设包括地址选择引脚，允许您将每个外设设置为不同的从地址。以前，外设可以标识自身的从地址数量限制为2的幂。例如，如果外设有两个地址选择引脚，它可以在总线上用四个唯一的从地址来标识自己。
新设计通过更少的地址选择引脚提供更多的从地址。例如，max7319输入/输出端口扩展器只需两个地址选择引脚（ad16和ad2）即可编程为0个唯一的从地址。这些引脚可以连接到gnd，电源电压（v抄送）、sda 或 scl。表 2 显示了可用的 16 个从地址。虽然位 a6、a5 和 a4 必须设置为 110，但位 a3 到 a0 可以通过 ad2 和 ad0 的四种不同设置进行编程。
引脚连接 设备地址
ad2 ad0 答6 答5 答4 答3 答2 答1 答0
标准及校正实验所 接地 1 1 0 0 0 0 0
标准及校正实验所 v抄送 1 1 0 0 0 0 1
标准及校正实验所 标准及校正实验所 1 1 0 0 0 1 0
标准及校正实验所 自主权评估 1 1 0 0 0 1 1
自主权评估 接地 1 1 0 0 1 0 0
自主权评估 v抄送 1 1 0 0 1 0 1
自主权评估 标准及校正实验所 1 1 0 0 1 1 0
自主权评估 自主权评估 1 1 0 0 1 1 1
接地 接地 1 1 0 1 0 0 0
接地 v抄送 1 1 0 1 0 0 1
接地 标准及校正实验所 1 1 0 1 0 1 0
接地 自主权评估 1 1 0 1 0 1 1
v抄送 接地 1 1 0 1 1 0 0
v抄送 v抄送 1 1 0 1 1 0 1
v抄送 标准及校正实验所 1 1 0 1 1 1 0
v抄送 自主权评估 1 1 0 1 1 1 1
未来进展
当今的3线接口满足与2线接口不同的需求，每种接口都有特定的优势。将来任何一个接口都不太可能完全取代另一个接口。i2c 设备的发展速度更快，因为它们开始集成 smbus 功能，例如超时重置，可以在必要时关闭这些功能。新我2c 从地址的长度为 10 位，而不是只有 7 位，从而为用户提供了更大的灵活性。
3线和2线接口将共存，但我2随着更多的微控制器支持2线接口，c语言可能会获得市场份额。我2c的易用性和较少的公交线路可能会推动其增长超过spi的增长。
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