《STM32从零开始学习历程》——I2C物理层

《STM32从零开始学习历程》@EnzoReventon

I2C理论部分——物理层

相关链接：
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I2C固件库介绍
STM32的I2C特性及架构介绍

参考资料：
[野火EmbedFire]《STM32库开发实战指南——基于野火霸天虎开发板》
[正点原子]STM32F4开发指南-库函数版本_V1.2
[ST]《STM32F4xx中文参考手册》

I2C协议简介

I2C 通讯协议(Inter － Integrated Circuit) 是由Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC) 间的通讯。

I2C物理层

I2C的物理层是一个支持多设备的总线。

“总线”是指多个设备公用的信号线。

1. 在一个I2C通讯总线中，可以连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及通讯从机。

下图为I2C的通讯网络：

2. SCL与SDA总线：
   SCL总线： 串行时钟线。用来数据收发同步。
   SDA总线： 双向串行数据线。用来表示数据。

3. 每个连接到总线上的设备都有一个独立的地址，主机利用这个地址对不同的设备进行访问。

4. 总线通过上拉电阻连接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态；当所有设备都空闲时，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高阻态。
   GPIO的三种状态：
   （1）高电平：输出逻辑1-----》3.3V
   （2）低电平：输出逻辑0-----》0V
   （3）高阻态：输出逻辑1-----》电阻无穷大；输出逻辑0-----》0V

I2C的所有设备的GPIO都要配置成开漏输出模式。

5. 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
   
   关于通讯优先级与GPIO设置为高阻态：
   主机与从机1尽进行通讯，从机2又想与主机通讯，此时就会出现总线占用的问题，如果主机想把总线电压拉低至0V，从机2想把电压提升至3.3V，那么这个时候总线上既有0V又有3.3V的请求，就会出现问题，到底是0还是3.3？因此为了避免这个问题出现，如果设备想要输出3.3V时，不要直接输出3.3V，而是输出一个高阻态，当其他设备空闲不占用总线时就可以实现总线电压为3.3V；如果说总线电压不为3.3V，那么说明改总线正在被别的设备所占用，该设备只好等待，因此可以通过这种方式避免总线的占用。此外，由此可见，0V的优先级较高。

6. 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多I2C 设备尚不支持高速模式。

7. 连接到相同总线的IC 数量受到总线的最大电容400pF 限制。