【Day21】I2C的介绍

I2C是什麽？

I2C，又称 I²C(Inter-Interated Circuit)，在 I2C 的通讯协定中，收发资料只单纯靠两条线就能完成，分别为 SCL(serial clock) 以及 SDA(serial data)，但比较特别的是 I2C bus 上所连接的装置都是 open-drain 的方式来驱动信号的，那跟一般的数位逻辑输出电路有着甚麽样的差异呢？

一般的数位逻辑输出电路会有分别把电位拉到 high 及 low 的两颗电晶体，但是 open-drain 驱动的电路则是只有负责把电位拉到 low 的电晶体，而高电位则是由外部的上拉电阻负责输出。

那这样一条 clk 一条 data 要如何沟通呢？就是因为只有一条资料线，所以每个装置端的 SDA 都可以是双向沟通的，它既可以当输入也可以当输出，需要 "0" 时把电位拉到 "0"，需要 "1" 时输出高阻抗，此时装置与 BUS 端有如断路，让上拉电阻到 Vcc 来提供 "1"。

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I2C 的 Timing Diagram

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I2C bus 上的逻辑讯号有几个原则：

• 当未传输时（IDLE 状态）　，SCL 和 SDA 都会维持在 high 电位。
• SCL 为 high 时，表示 SDA 上的资料为有效，此时 SDA 的值不能改变，以确保可以收到到正确的 SDA 状态
• SCL 为 low 时，SDA 的状态可以改变
• 当 SCL 为 high 时，如果 SDA 变动，只有两种情况：
  • SDA由 "1" 变 "0" ---> START
  • SDA由 "0" 变 "1" ---> STOP

Acknowledge

当每 8 bit 资料传输完後，会跟随着 1 bit 的 ACK，这是在确保两端的接收状况是否正常。

• 如果是 master 传资料给 slave ：此时 ACK 会来自 slave 端，以此告诉 master 端它有收到资料（通常用於对 slave 下 instructions）。
• 如果是 master 想要向 slave 端索取资料时，举个例子，例如读取记忆体资料：master 会先 slave 传送想读取的记忆体"位址"，接着 slave 端会先 ack 回去表示有收到此位址，接着传出记忆体位址上的 data 给 master，那麽传了 8 bit 後，master 会 ACK 回去，以表示有收到资料，可以继续传，那麽 slave 端就会继续传，再过了 8 bit，此时如果传输要结束的话则 master 不会 ACK 回去，而这个动作也称 non-ACK，以此告诉 slave 端这次的传输到此为止结束了，完成这次通讯。

I2C如何选择晶片的呢？

在 master 要与 BUS 上的其中一个 slave 沟通时，会先将要沟通 chip 的 address 透过 SDA 传输到 BUS 上，此时如果 address 没错的话，那麽该 slave 会在第八个 SCL 周期结束後把 SDA 拉下来，而 master 端会在 SCL 进入第九个周期前去读取 SDA 是否为 low ，为 low 的话就会开始一连串 handshake 式的传输动作，若没有拉为 low(non-ACK)，则出现问题，可能 slave 根本不在 BUS 上或是 slave 端的 address 打错了都有可能。

因为 I2C 这个通讯协定比较复杂一点点，提前要知道的观念比较多，程序也比较复杂，所以这次的 I2C 实作分成了四天~~