文章目录

• 前言
• 一、简要介绍
• • 1、优点
  • 2、缺点
• 二、信号线和连接方式
• • 1、信号线
  • 2、连接方式
  • • 2.1 单主设备，单从设备
    • 2.2 单主设备，多从设备
    • 2.3 多主设备，多从设备
• 三、数据传输格式
• • 1、数据传输过程
• 二、SPI配置
• • 1、传输模式
  • 2、地址位宽
  • 3、仲裁机制
  • • 3.1 SCL同步问题
    • 3.2 SDA仲裁问题
• 三、UART、SPI、IIC协议比较

前言

2023.4.22

一、简要介绍

IIC：Inter-Integrated Circuit，集成电路总线

• 半双工协议
• 多主设备，多从设备。通过地址索引，I2C可以使能所需从设备
• 实现不同集成电路组件之间的控制功能

1、优点

• 接口减少，控制简单，只需要两条总线
• 通信速率高
• 多主控，但任意时刻只有一个主控有效。最大主设备——无限制，最大从设备——127个

2、缺点

二、信号线和连接方式

1、信号线

需要连接上拉电阻，空闲时保持高电平

SDA（Serial Data） ：串行数据线，用来传输数据信号。
SCL（Serial Clock）：串行时钟线，用来传输时钟信号，一般是主设备向从设备提供。

2、连接方式

2.1 单主设备，单从设备

2.2 单主设备，多从设备

2.3 多主设备，多从设备

三、数据传输格式

主设备按照从高到低的顺序，依次发送地址位，从设备进行接收，通常情况下，地址位为7bit，读写选择为1bit。每个从设备有且只有一个唯一的地址编号。读写控制写为0，读为1。

为了确保采样时信号稳定，对于主设备，我们在下降沿的时候将信号放在SDA上，对于从设备，我们在上升沿的时候进行采样。

空闲位：空闲时，SCK和SDA均为高电平

起始位：在SCL为1时，拉低SDA，开始数据传输，SCL开始翻转（下降沿检测）

应答位：正确接收从设备拉低信号SDA；未正确接收SDA依旧为高电平

数据位：每一次默认传输一个字节（即8bit），每个字节的传输都需要跟一个应答位（ACK/NACK）

停止位：SCL先拉高，随后SDA先为低后拉高（上升沿检测）

1、数据传输过程

起始位 + 7位地址 + 1位读写控制 + slave响应 + 8位数据 + 响应 + 8位数据 + 响应 + 停止位 （加粗部分为slave控制总线）

二、SPI配置

1、传输模式

• 标准模式(Standard)：100kbps
• 快速模式(Fast)：400kbps
• 快速模式+(Fast-Plus)：1Mbps
• 高速模式(High-speed)：3.4Mbps
• 超快模式(Ultra-Fast)：5Mbps（单向传输）

2、地址位宽

10位地址的从设备，和7位地址的从设备，都可以挂在一个总线上，彼此相互兼容

• 标准I2C：七位寻址
• 扩展I2C：十位寻址

3、仲裁机制

3.1 SCL同步问题

总线自带线与逻辑，任意一个拉低，总线表现为低电平，全部位高电平时，总线才是高电平。

假设有两个主设备都想拉低SCL信号，Master1先拉低 ，Master2后拉低，那么SCL会按照CLK1的时间来拉低自身（线与逻辑的应用），而假如Master1先拉高，Master2后拉高，SCL又会按照CLK2的时间来拉高自身。

当多个节点同时发送时钟信号时，在总线上表现的是统一的时钟信号

3.2 SDA仲裁问题

每个主设备都需要在发送消息之前检测SDA线是低电平还是高电平。

• 如果SDA线为低电平，则意味着另一个主设备可以控制总线，并且主设备应等待发送消息
• 如果SDA线为高电平，则可以安全地发送消息

三、UART、SPI、IIC协议比较

低速通用协议接口