在現(xiàn)代電子設(shè)備中，各種傳感器、芯片和模塊之間的通信至關(guān)重要。而I2C（Inter-Integrated Circuit）總線作為一種簡單、高效的串行通信協(xié)議，已經(jīng)成為連接各種設(shè)備的首選之一。本文將深入探討I2C總線的工作原理與應(yīng)用，帶您了解這個在電子領(lǐng)域中扮演著重要角色的通信技術(shù)。

一、簡介

I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是一種由Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)。

由于其簡單性，如今方泛用于微控制器與各種功能模塊的連接，可以說是學單片機的人，入門之后，必定要涉及到的。

I2C 總線實際上已經(jīng)成為一個國際標準在超過100 種不同的IC 上實現(xiàn)，而且得到超過50 家公司的許可，正因為其簡單和應(yīng)用廣泛，因此其功能也越來不滿足人們的要求，其速度也從原來的100Kbit/S，增加了快速模式，其速度達400Kbit/S，再后來也增加了高速模式，其速度更達3.4Mbit/S。

二、功能和特點

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的雙向二線制總線，所謂總線它上面可以掛多少器件，并且通個兩根線連接，占用空間非常的小，總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。

它的另一優(yōu)點是多主控，只要能夠進行接收和發(fā)送的設(shè)備都可以成為主控制器，當然多個主控不能同一時間工作。

I2C總線有兩根信號線，一根為SDA（數(shù)據(jù)線），一根為SCL（時鐘線），任何時候時鐘信號都是由主控器件產(chǎn)生。

I2C總線在傳送數(shù)據(jù)的過程中，主要有三種控制信號：起始信號，結(jié)不信號，應(yīng)答信號。

起始信號：當SCL為高電平時，SDA由高電平轉(zhuǎn)為低電平時，開始傳送數(shù)據(jù)；

結(jié)束信號：當SCL為高電平時，SDA由低電平轉(zhuǎn)為高電平時，結(jié)束數(shù)據(jù)傳送；

應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的器件在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的器件發(fā)出低電平信號，表示已收到數(shù)據(jù)。這個信號可以是主控器件發(fā)出，也可以是從動器件發(fā)出?？傊山邮諗?shù)據(jù)的器件發(fā)出。

這些信號中，起始信號是必需的，結(jié)束信號和應(yīng)答信號，都可以不要。

三、基本操作

下面我們以ATMEL公司的AT24C02來介紹I2C的基本操作。

AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含256×8bit存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。他在系統(tǒng)中始終為從動器件。

對AT24C02的操作主要有：字節(jié)讀，字節(jié)寫，頁面讀，頁面寫

首先發(fā)送起始信號，如下圖，起始信號后必須是控制字。

控制字格式如下，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應(yīng)為1010），接著三位為片選，也就是三個地址位，最后一位為讀寫控制位，當為1(Input)時為讀操作，為0(Output)時為寫操作。

控制字后就是相應(yīng)的操作，讀或?qū)?，一定不要結(jié)束，因為這個操作還沒有完成，如果結(jié)束就等于放棄操作。

先來看寫操作，寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同，AT24C02為8字節(jié)，每寫一個字節(jié)后，地址自動加1。

關(guān)于頁面寫的地址、應(yīng)答和數(shù)據(jù)傳送的時序參見圖3，字節(jié)寫可以看成是只有一個字節(jié)的頁面寫，也就是寫一個數(shù)據(jù)后停止。

注意：寫一次需要一定時間，一般為10ms，要等侍這個操作完成，時序如下圖。

說明：對于AT24C02，在控制字后還必須寫入地址，這個地址是以后讀寫的起始地址。

讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。三種操作方法類似，只是讀的數(shù)據(jù)個數(shù)不同，可連續(xù)讀8個字節(jié)，圖4給出的是順序讀的時序圖，圖中共讀了四個數(shù)據(jù)，需要注意的是當前的地址，如果不是想要的，可以用寫操作，重新寫入地址。

非常重要的是，每讀一個數(shù)據(jù)后，必須置低SDA，作為應(yīng)答，否則，只能讀一個數(shù)據(jù)，后面的數(shù)據(jù)，因為收到不應(yīng)答信號，AT24C02就會認為出錯，停止操作。

特別提醒的是，當SCL為低電平時，數(shù)據(jù)是可變的，因些只有SCL為高電平時，才能讀數(shù)。

四、例程序（51匯編，測試單片機為AT89C51，12M晶振）

電路連接如圖5，其中A0，A1，A2為地址線，本例中全部接地，因此全部為0。由于SCL和SDA為漏極開路輸出，所以在使用時，需加上拉電阻。

五、結(jié)束語

在I2C總線的應(yīng)用中應(yīng)注意的事項總結(jié)為以下幾點 :

嚴格按照時序圖的要求進行操作；

若與口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機接口連接，可以不外加上拉電阻；

程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率，在對口線操作的指令后可用NOP指令加一定的延時；

為了減少意外的干擾信號將EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護引腳（如果有），或者在EEPROM內(nèi)部沒有用的空間寫入標志字，每次上電時或復(fù)位時做一次檢測，判斷EEPROM是否被意外改寫。

通過本文的介紹，我們對I2C總線的工作原理和應(yīng)用有了更深入的了解。無論是在嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還是傳感器網(wǎng)絡(luò)中，I2C總線都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它簡單、高效的特點使得設(shè)備之間的通信變得更加便捷和可靠。隨著技術(shù)的不斷進步，我們相信I2C總線在未來的應(yīng)用領(lǐng)域中將繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用，連接著各種智能設(shè)備，為我們創(chuàng)造更加便利和智能的生活。

審核編輯：彭菁