干货|一文轻松学会I2C和I3C通讯

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一、I2C和I3C的简介

I2C诞生于1981年，由飞利浦（Philips）公司推出。它是一种简单、双向的2线（SCL、SDA）同步串行接口，广泛用于一些短距离通信的设备。

I3C诞生于2013年，是 MIPI （Mobile Industry Processor Interface）移动产业处理器接口联盟推出。I3C是一种新型的串行通信协议。它是在I2C接口的基础上发展而来的，简单理解为，I3C 就是改进型的 I2C。

什么要推出I3C?

我们知道，常用的板端通讯有UART、I2C 、SPI 、I2S等，但由于它们各有一定的缺陷，无法更好的满足当下一些物联网（IoT）产品的应用。

（1）UART、I2C 、SPI功耗功耗高，物联网对功耗应用有一定要求；

（2）I2C 、SPI 为同步通信，时钟必须由主机提供，从机没法主动向主机传数据；

（3）UART、I2C 、SPI只支持单一的主机；且UART也仅支持一个从机；

（4）占用IO口：一些传感器为了通知主机接受数据，都需要增加一条INT(中断)线来通知主机；

（5）而对于I2C，它的速率受限，达不到要求；

综上几点，所以推出了I3C接口。

二、I2C和I3C的区别

注：I3C 向下兼容 I2C，但不兼容 10bit 的 I2C 扩展地址。

三、表格讲解

（1）热插拔：这里的热插拔指的是允许 I3C 的从机在主机完成初始化（正常开机）后，再接入I3C 总线，通过分配动态地址寻找到该I3C从机；同时，针对不需要一直工作的I3C从机，可以让其进入低功耗状态，需要的时候才被唤醒。

（2）动态寻址：I2C采用静态寻址的方式，但当我们I2C总线上接入多个I2C设备时，可能会出现相同地址。然后，I3C总线通过动态寻址的方式，恰好解决了这个问题。

（3）带内中断：其实I3C能实现带内中端，主要是依靠SDA线实现的，也就是说SDA用着中断线来用。首先，从机将SDA线拉低通知（或唤醒）主机，当主机接到通知后会将SCL线拉低来告知从机，同时将SCL（时钟）提供给从机，然后从机通过SDA发送自己的地址给到主机，这样就可以正常通讯了。

（4）内部结构：I2C的SCL和SDA都是开漏输出，需要外部加上拉电阻；而I3C的SCL使用了推挽输出，这样大大提高时钟频率

四、推挽输出和开漏输出结构

五、I2C和I3C的通讯电路示意图

六、I2C和I3C通讯的全过程

1. 起始条件：通讯的开始由主机发送一个起始信号，该信号由 SCL（串行时钟线）保持高电平，而 SDA（串行数据线）由高电平变为低电平。

2. 地址传输：主机发送目标从设备的地址，地址由 7 位或 10 位（I3C不支持10位）组成。传输是通过 SDA 线进行的，高位在前，低位在后。

3. 读写控制：在地址传输之后，主机发送1位读写控制位，决定是进行读操作还是写操作。

4. 应答信号：找到符合地址的Slaver(从设备)响应ACK。

5. 数据传输：每次传输8位（即一个字节），如果是读操作，主机从从机读取数据；如果是写操作，主机向从机发送数据。数据在 SCL 的时钟脉冲下，通过 SDA 线一位一位地传输。

6. 应答信号：每成功传输一个字节数据后，从机会发送一个应答信号。应答信号是在 SCL 为高电平期间，SDA 线拉低表示应答。

7. 停止条件：当n多组数据通讯结束时，主机发送一个停止信号，该信号由 SCL 保持高电平，而 SDA 由低电平变为高电平。

七、注意事项

1. 电平匹配：确保 I2C 总线的电平与设备的电平兼容，一般使用 3.3V 或 5V 电平。如果电平不匹配，需要增加电平转换电路，而电平转换电路的使用，前面我们有讲解。

2. 总线速度：根据设备的要求和系统性能，选择适当的 I2C 总线速度。较高的速度可能会导致信号失真或兼容性问题。

3. 寻址：正确设置设备的地址，确保每个设备都有唯一的地址，以避免总线冲突。

4. 时序要求：严格遵守 I2C 协议的时序要求，包括起始信号、停止信号、数据传输的时钟周期等。

5. 上电顺序：在系统上电或重启时，注意设备的上电顺序，避免因电压波动导致设备损坏或通信异常。

6. 电缆和连接：使用低阻抗、屏蔽良好的电缆进行 I2C 总线连接，以减少干扰和信号衰减。

7. 错误处理：设计适当的错误检测和处理机制，以应对总线冲突、数据错误等情况。

8. 文档和参考：仔细阅读设备的文档和相关的 I2C 协议规范，了解设备的特性和限制。

八、I2C和I3C常见的问题和解决方法

1. 通讯失败：可能是由于总线电平不正确、时钟信号异常或设备地址错误等引起的。解决方法包括检查总线连接、确保时钟信号稳定、确认设备地址的正确性。

2. 数据传输错误：这可能是由于数据线上的噪声、干扰或数据传输过程中的错误导致的。可以尝试使用屏蔽线、滤波电容等方法减少干扰，并确保数据传输的准确性和完整性。

3. 总线冲突：当多个设备同时尝试访问总线时，可能会发生总线冲突。解决方法是优化设备的时序，避免同时发送数据，或者使用仲裁机制来协调设备之间的通讯。

4. 设备不响应：如果设备没有响应 I2C 通讯，可能是设备故障、地址设置错误或总线电平问题。可以检查设备是否正常工作，确认地址设置是否与实际设备匹配，并检查总线的连接情况。

5. 时序问题：不正确的时序可能导致 I2C 通讯失败。确保遵循 I2C 协议的时序要求，特别是起始信号、停止信号和数据传输的时间间隔。

6. 信号完整性问题：信号衰减、反射或干扰可能影响 I2C 通讯的质量。使用合适的电缆和连接器，保持信号的完整性，并避免过长的走线和靠近干扰源。

7. 软件问题：错误的软件代码或配置可能导致 I2C 通讯问题。仔细检查和调试软件，确保正确设置 I2C 寄存器、数据传输格式等。

如果遇到具体的 I2C 通讯问题，还可以借助示波器、逻辑分析仪等工具进行信号监测和分析，以帮助定位和解决问题

感谢阅读！

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