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

一、簡介

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

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 總線實際上已經成為一個國際標準在超過100 種不同的IC 上實現，而且得到超過50 家公司的許可，正因為其簡單和應用廣泛，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。

它的另一優點是多主控，只要能夠進行接收和發送的設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（數據線），一根為SCL（時鐘線），任何時候時鐘信號都是由主控器件產生。

I2C總線在傳送數據的過程中，主要有三種控制信號：起始信號，結不信號，應答信號。

起始信號：當SCL為高電平時，SDA由高電平轉為低電平時，開始傳送數據；

結束信號：當SCL為高電平時，SDA由低電平轉為高電平時，結束數據傳送；

應答信號：接收數據的器件在接收到8bit數據后，向發送數據的器件發出低電平信號，表示已收到數據。這個信號可以是主控器件發出，也可以是從動器件發出?？傊山邮諗祿钠骷l出。

這些信號中，起始信號是必需的，結束信號和應答信號，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，它是內含256×8bit存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。他在系統中始終為從動器件。

對AT24C02的操作主要有：字節讀，字節寫，頁面讀，頁面寫

首先發送起始信號，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。

控制字后就是相應的操作，讀或寫，一定不要結束，因為這個操作還沒有完成，如果結束就等于放棄操作。

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

關于頁面寫的地址、應答和數據傳送的時序參見圖3，字節寫可以看成是只有一個字節的頁面寫，也就是寫一個數據后停止。

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，只是讀的數據個數不同，可連續讀8個字節，圖4給出的是順序讀的時序圖，圖中共讀了四個數據，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，每讀一個數據后，必須置低SDA，作為應答，否則，只能讀一個數據，后面的數據，因為收到不應答信號，AT24C02就會認為出錯，停止操作。

特別提醒的是，當SCL為低電平時，數據是可變的，因些只有SCL為高電平時，才能讀數。

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、結束語

在I2C總線的應用中應注意的事項總結為以下幾點 :

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內的數據改寫可用外部寫保護引腳（如果有），或者在EEPROM內部沒有用的空間寫入標志字，每次上電時或復位時做一次檢測，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用有了更深入的了解。無論是在嵌入式系統、物聯網設備還是傳感器網絡中，I2C總線都發揮著至關重要的作用。它簡單、高效的特點使得設備之間的通信變得更加便捷和可靠。隨著技術的不斷進步，我們相信I2C總線在未來的應用領域中將繼續發揮著重要的作用，連接著各種智能設備，為我們創造更加便利和智能的生活。

審核編輯：彭菁