详解I2C串行通讯总线
通信协议 - i2c
i2c(inter-integrated circuit)是一种串行通讯总线，可允许存在多主机，但同一时刻只能有一个主机在线。i2c 由两条开漏信号线组成，接线简单，利用电阻上拉，典型电平为正逻辑 3.3v 或 5v。传输速率分快速模式(400kb/s)、标准模式(100kb/s)、低速模式(10kb/s)。
在 i2c 总线上，从机以它的 i2c 地址被选择。这样子可以用在一个主机上通过两根线控制多个从机。
i2c 的引脚
scl(serial clock)：由主机产生的方波，用来控制传输速率和数据的锁存。
sda(serial data)：这是一个半双工、同步的信号线，传输的数据包括地址、控制信号与通信数据。
i2c 地址
i2c 地址划分，是 7 bit 地址加上 1 bit 读写指示。
i2c 总线上的每个设备都必须有一个唯一的地址，如果地址重复会出问题。有些设备的 i2c 地址是可以编程设置的。
i2c 通信
start：主机在 scl 为高时，拉低 sda 发起。
stop：主机在 scl 为高时，释放 sda(变为高电平)发起。
ack(acknowledge)：i2c 传输都是随着每个 scl 脉冲，每次传输 1 个字节(8 个位)。每次传输的第 9 个脉冲被保留为从机的确认信号，每次的 ack 信号表示前一次传输成功。
i2c 传输句段示例
这一段传输的值为 11001101：
主机拉低 sda 电平以产生 start 信号。
第一个位被设置，主机拉低 scl，将时钟信号经过 dac 进行输出。
传输到第九个位时，主机不会拉低 sda，如果从机确认传输完整，则将 sda 拉低让主机知道。
有效的数据传输
在 scl 保持高电平(传输数据)时，sda 在这段时间内必须保持稳定才有效。
在 scl 节拍间的低电平，才允许 sda 切换数值。
当 scl 为高电平，sda 发生变化时，就会被解释为 start、restart 或 stop 事件。
接口电路上升 / 下降计时
如图，晶体管将在低电平时导通，并将 cb 电容放电到低电平。反之，晶体管将在高电平时截止，上拉电阻会将 cb 充电至高电平。
tr(上升时间)：信号从低电平过渡到高电平的最大时间。因为 i2c 是开漏信号，所以上升时间由上拉电阻和总线电容的 rc 时间常数决定。
tf(下降时间)：信号从高电平过渡到低电平的最大时间。
i2c 上拉电阻计算
上拉电阻最小值：
上拉电阻最大值：
其中，上拉电阻最小值会带来最短的上升时间。如果用的阻值比这个再小，就会导致当输出晶体管开启(逻辑低电平)时，消耗过多的电流，违反最大逻辑低电平输出的规范。
上拉电阻最大值会带来最长的上升时间。如果使用大于此值的上拉电阻，将会违反时序要求。
vdd 表示供电电压;volmax 表示最大逻辑低电平(典型值为 0.4v);isinkmax 表示最大灌电流(典型值为 3ma);cb 表示总线电容，取决于 pcb 走线的长度和宽度，与连接至总线的设备的电容。
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sda(serial data)：这是一个半双工、同步的信号线，传输的数据包括地址、控制信号与通信数据。
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stop：主机在 scl 为高时，释放 sda(变为高电平)发起。
ack(acknowledge)：i2c 传输都是随着每个 scl 脉冲，每次传输 1 个字节(8 个位)。每次传输的第 9 个脉冲被保留为从机的确认信号，每次的 ack 信号表示前一次传输成功。
i2c 传输句段示例
这一段传输的值为 11001101：
主机拉低 sda 电平以产生 start 信号。
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传输到第九个位时，主机不会拉低 sda，如果从机确认传输完整，则将 sda 拉低让主机知道。
有效的数据传输
在 scl 保持高电平(传输数据)时，sda 在这段时间内必须保持稳定才有效。
在 scl 节拍间的低电平，才允许 sda 切换数值。
当 scl 为高电平，sda 发生变化时，就会被解释为 start、restart 或 stop 事件。
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如图，晶体管将在低电平时导通，并将 cb 电容放电到低电平。反之，晶体管将在高电平时截止，上拉电阻会将 cb 充电至高电平。
tr(上升时间)：信号从低电平过渡到高电平的最大时间。因为 i2c 是开漏信号，所以上升时间由上拉电阻和总线电容的 rc 时间常数决定。
tf(下降时间)：信号从高电平过渡到低电平的最大时间。
i2c 上拉电阻计算
上拉电阻最小值：
上拉电阻最大值：
其中，上拉电阻最小值会带来最短的上升时间。如果用的阻值比这个再小，就会导致当输出晶体管开启(逻辑低电平)时，消耗过多的电流，违反最大逻辑低电平输出的规范。
上拉电阻最大值会带来最长的上升时间。如果使用大于此值的上拉电阻，将会违反时序要求。
vdd 表示供电电压;volmax 表示最大逻辑低电平(典型值为 0.4v);isinkmax 表示最大灌电流(典型值为 3ma);cb 表示总线电容，取决于 pcb 走线的长度和宽度，与连接至总线的设备的电容。
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