I2C总线有哪些特点，设计时需要哪些细节？
一、前言
i2c总线是由philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
二、i2c总线开发设计需要注意点
1、总线容量及驱动能力
i2c总线的外围扩展器件都是cmos器件，总线有足够的电流驱动能力，因此总线上扩展的节点数不由电流负载能力决定，而由电容负载确定。
总线上每个实际节点器件的总线接口都有一定的等效电容，等效电容的存在会造成总线传输的延迟，导致数据传输出错。
通常总线负载能力为400pf，通常各个i2c器件都会有它自己的电容值，一般为不大于20pf，通据此可计算出总线长度及节点数目的限制数量。总线上的每个外围器件都有一个器件地址，因此总线上扩展外围器件时也要受器件地址限制。
2、i2c总线的电气结构
i2c总线为双向同步串行总线，因此i2c总线接口内部为双向传输电路，如图.所示。总线端口输出为开漏结构，故总线上必须有上拉电阻，上拉电阻与电源电压、sda、scl以及总线串接电阻有关，可参考有关数据手册进行选择，通常可选4.7k到10k。
3、每个节点都有一个固定的节点地址。i2c总线为双向同步串行总线，因此总线上的单片机都可以成为主节点，其器件地址由软件给定，存放在总线的地址寄存器件中，称为主器件的从地址。在总线的多主系统中，单片机作为从节点时，其从地址才有意义，所以总线上所有的外围器件都有规范的器件地址。
4、i2c总线时序
i2c总线上数据传递时，总线上传送的每一帧数据均为一个字节。但启动总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一个字节后，对方回应一个应答位。在发送时，首先发送的是数据的最高位。每次传送开始有起始信号，结束时有停止信号。在总线传送完一个字节后，可以通过对时钟线的控制使传送暂停。
①时钟和数据发送：
sda引脚通常使用外部设备拉高。sda引脚上的数据只能在scl为低电平时进行更改，scl为高电平时数据更改将指示开始或停止条件。如图所示。
②起止条件：
sda由高到低且scl为高是启动条件，必须先于任何其他命令。sda由低到高且scl为高是停止条件，在一个读序列后，停止命令会使eeprom进入待机模式。如图所示。
③应答：
所有地址和数据字均以8bit字连续传输到eeprom，eeprom发送一个0来应答，以确认它已收到每个字。应答发生在第九个时钟周期如图所示。
三、设计实例
我们对于at24c256肯定不会陌生，这是atmel公司256kbit串行电可擦的可编程只读存储器，8引脚双排直插式封装，具有结构紧凑、存储容量大等特点，可以在2线总线上并接4片该ic，特别适用于具有高容量数据储存要求的数据采集系统。
eeprom存储器设备既可以接收又可以发送数据。每个挂接在总线上的器件都有唯一一个地址识别。
主机访问eeprom时，主机在向eeprom发送完控制字节和地址信息后，紧接着向eeprom存储器发送起始条件和控制信号并发送读标志位信号，切换数据的收发方向。接着在收到eeprom的响应信号后便可以读出需要的数据了。
四、总结
通过以上实例，我们可以知道i2c优点主要表现在：
1、简化了硬件电路。在这种总线中只需要两根线，即串行数据线(sda)和串行的时钟线(scl)。
2、每个挂在总线上的i2c器件都有一个唯一的地址，并可以通过软件寻址。
3、因为在总线上可能有多个主i2c器件，因此i2c总线接口协议中有冲突监测和仲裁机制，以防止通信中的数据丢失或发生错误。
4、这种串行的两线双向的总线在标准模式下的速率为100kbit/s，在快速模式下的速率为400kbit/s，在高速模式下为3/4mbit/s。
5、i2c器件中有滤波抗扰措施来保证数据的完整性。
6、在总线上挂接的器件数目是有限的，即总线上的容抗不能超过400pf。
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i2c总线是由philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
二、i2c总线开发设计需要注意点
1、总线容量及驱动能力
i2c总线的外围扩展器件都是cmos器件，总线有足够的电流驱动能力，因此总线上扩展的节点数不由电流负载能力决定，而由电容负载确定。
总线上每个实际节点器件的总线接口都有一定的等效电容，等效电容的存在会造成总线传输的延迟，导致数据传输出错。
通常总线负载能力为400pf，通常各个i2c器件都会有它自己的电容值，一般为不大于20pf，通据此可计算出总线长度及节点数目的限制数量。总线上的每个外围器件都有一个器件地址，因此总线上扩展外围器件时也要受器件地址限制。
2、i2c总线的电气结构
i2c总线为双向同步串行总线，因此i2c总线接口内部为双向传输电路，如图.所示。总线端口输出为开漏结构，故总线上必须有上拉电阻，上拉电阻与电源电压、sda、scl以及总线串接电阻有关，可参考有关数据手册进行选择，通常可选4.7k到10k。
3、每个节点都有一个固定的节点地址。i2c总线为双向同步串行总线，因此总线上的单片机都可以成为主节点，其器件地址由软件给定，存放在总线的地址寄存器件中，称为主器件的从地址。在总线的多主系统中，单片机作为从节点时，其从地址才有意义，所以总线上所有的外围器件都有规范的器件地址。
4、i2c总线时序
i2c总线上数据传递时，总线上传送的每一帧数据均为一个字节。但启动总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一个字节后，对方回应一个应答位。在发送时，首先发送的是数据的最高位。每次传送开始有起始信号，结束时有停止信号。在总线传送完一个字节后，可以通过对时钟线的控制使传送暂停。
①时钟和数据发送：
sda引脚通常使用外部设备拉高。sda引脚上的数据只能在scl为低电平时进行更改，scl为高电平时数据更改将指示开始或停止条件。如图所示。
②起止条件：
sda由高到低且scl为高是启动条件，必须先于任何其他命令。sda由低到高且scl为高是停止条件，在一个读序列后，停止命令会使eeprom进入待机模式。如图所示。
③应答：
所有地址和数据字均以8bit字连续传输到eeprom，eeprom发送一个0来应答，以确认它已收到每个字。应答发生在第九个时钟周期如图所示。
三、设计实例
我们对于at24c256肯定不会陌生，这是atmel公司256kbit串行电可擦的可编程只读存储器，8引脚双排直插式封装，具有结构紧凑、存储容量大等特点，可以在2线总线上并接4片该ic，特别适用于具有高容量数据储存要求的数据采集系统。
eeprom存储器设备既可以接收又可以发送数据。每个挂接在总线上的器件都有唯一一个地址识别。
主机访问eeprom时，主机在向eeprom发送完控制字节和地址信息后，紧接着向eeprom存储器发送起始条件和控制信号并发送读标志位信号，切换数据的收发方向。接着在收到eeprom的响应信号后便可以读出需要的数据了。
四、总结
通过以上实例，我们可以知道i2c优点主要表现在：
1、简化了硬件电路。在这种总线中只需要两根线，即串行数据线(sda)和串行的时钟线(scl)。
2、每个挂在总线上的i2c器件都有一个唯一的地址，并可以通过软件寻址。
3、因为在总线上可能有多个主i2c器件，因此i2c总线接口协议中有冲突监测和仲裁机制，以防止通信中的数据丢失或发生错误。
4、这种串行的两线双向的总线在标准模式下的速率为100kbit/s，在快速模式下的速率为400kbit/s，在高速模式下为3/4mbit/s。
5、i2c器件中有滤波抗扰措施来保证数据的完整性。
6、在总线上挂接的器件数目是有限的，即总线上的容抗不能超过400pf。
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