嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-I2C协议_I2C协议的编程与驱动开发.docx

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I2C协议基础

1I2C协议的历史与发展

I2C（Inter-IntegratedCircuit）协议由Philips公司（现NXPSemiconductors）在1982年开发，旨在为微控制器和外围设备之间提供一种简单、低成本的双向通信方式。随着技术的发展，I2C协议经历了多个版本的迭代，包括标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、高速模式（3.4Mbps）以及超快速模式（5Mbps）。这些更新不仅提高了数据传输速率，还增强了协议的稳定性和兼容性，使其在各种嵌入式系统中广泛应用。

2I2C协议的工作原理

I2C协议使用两条双向信号线：SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）。通信过程中，主设备负责产生时钟信号，并控制数据的传输。从设备则根据主设备的时钟信号接收或发送数据。数据传输以起始和终止信号为界，起始信号由主设备发送，表示一次通信的开始；终止信号同样由主设备发送，表示一次通信的结束。

2.1示例代码：I2C起始和终止信号的生成

#includeavr/io.h//ATmega系列微控制器的I/O库

voidI2C_Start(void){

//设置SCL为高电平

TWI_SDA_PORT|=_BV(TWI_SDA_PIN);

TWI_SCL_PORT|=_BV(TWI_SCL_PIN);

//等待SCL和SDA稳定

_delay_us(3);

//将SDA拉低，保持SCL高电平

TWI_SDA_PORT=~_BV(TWI_SDA_PIN);

//等待至少4.7us

_delay_us(5);

//将SCL拉低

TWI_SCL_PORT=~_BV(TWI_SCL_PIN);

}

voidI2C_Stop(void){

//设置SCL为低电平

TWI_SCL_PORT=~_BV(TWI_SCL_PIN);

//等待SCL和SDA稳定

_delay_us(3);

//将SDA从低电平拉高

TWI_SDA_PORT|=_BV(TWI_SDA_PIN);

//等待至少4.7us

_delay_us(5);

//将SCL拉高，完成终止信号

TWI_SCL_PORT|=_BV(TWI_SCL_PIN);

}

在上述代码中，TWI_SDA_PORT和TWI_SCL_PORT分别代表SDA和SCL的端口寄存器，TWI_SDA_PIN和TWI_SCL_PIN则表示这些线在端口寄存器中的位。通过控制这些位的高低，可以生成I2C的起始和终止信号。

3I2C协议的物理层介绍

I2C协议的物理层主要由两条信号线组成：SDA和SCL。这两条线通常通过上拉电阻连接到电源，以确保在没有设备驱动时，线路上保持高电平状态。当设备需要驱动信号线时，它会将信号线拉低，从而实现数据的传输。这种通信方式被称为开漏输出，可以允许多个设备共享同一总线，而不会产生冲突。

3.1示例代码：I2C数据的发送

voidI2C_WriteByte(uint8_tdata){

uint8_ti;

for(i=0;i8;i++){

//将SCL拉低

TWI_SCL_PORT=~_BV(TWI_SCL_PIN);

//如果数据的当前位为1，则将SDA拉高，否则保持低电平

if(data0x80)

TWI_SDA_PORT|=_BV(TWI_SDA_PIN);

else

TWI_SDA_PORT=~_BV(TWI_SDA_PIN);

//移位数据，准备发送下一位

data=1;

//等待至少4.7us

_delay_us(5);

//将SCL拉高，完成一位数据的发送

TWI_SCL_PORT|=_BV(TWI_SCL_PIN);

//等待至少4.7us

_delay_us(5);

}

}

在本例中，I2C_WriteByte函数用于发送一个字节的数据。通过控制SCL和