I2C和串口有什么区别？难倒资深工程师的“简单问题”，瞬间读懂

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I2C有什么用？

I2C，又叫IIC。标准写法应当是I2C，读作“I方C”。因为小编是纯手工敲键盘，这里就偷个懒，都写成I2C了。

具体含义网上一搜一大把，这里就不讲这些生涩的概念了，直入主题：

两根线、双向传输数据、一对多传输数据、速度不快、通用性很强。

适用场景：各种传感器、小IC、小MCU等。控制指令和小数据量的传输。

这张图里面没有I2C。小编图好看随便配的 >_<

I2C和UART的区别？

说到两根线的数据传输方式，大家可能会对串口（UART）最熟悉，TX、RX两根线即可传输数据，常用的跑到115200bps的速度毫无问题。

那么为什么还需要I2C这样的同样是两根线的传输方式呢？

I2C能够1对多，UART只能1对1。因此I2C又叫I2C总线。

I2C接口能够用软件模拟来扩充接口，UART则不行。

I2C接口带有同步时钟，对时钟稳定性要求远没有UART那么高。

由此可见，I2C存在的最大原因在于简单且灵活性高。

例如一个主控要接5个外设，但是通常的主控都不可能有5个UART口。如果用UART就需要硬件扩展。

但是用I2C的话，只需要1组I2C接口即可。即使没有硬件I2C接口，也可以有软件模拟I2C的源代码可以调用。（I2C源码网上随便就可以搜到很多）。嵌入式开发初学者都可以在一周之内自己独立写一套出来。

I2C使用范例

单独输出传输

这个没什么好讲的，硬件连好了，软件配置好了，数据就可以顺利传输了。

这种连接方式，仅限于CPU需要控制外设，而外设永远不会自己主动发数据给CPU 的情况。如果外设需要主动要求发数据个CPU，需要采用下面一种方式。

带中断的数据传输

为什么要加中断？

I2C只能由CPU（主机）去找外设（从机）索取数据，外设不能主动发送数据给CPU。

但是CPU不能定期去问外设“你有没有数据要发给我？”，这样耗CPU的计算资源，也耗电，且无法进入睡眠状态。

因此需要外设有办法通知CPU，“我有数据要发了”。I2C配合的中断信号就是这个作用。外设有数据要发了，先发个中断给CPU，CPU再来通过I2C读取外设想要发过来的数据。

对于低功耗应用的场景、能够触发的外设场景，都需要这么来设计。例如电容触摸屏，平时CPU是休眠的，点击一下就唤醒系统。再例如G-Sensor运动传感器，一旦被晃动了就唤醒CPU。

一个控制多个设备：

如何一对多？

一根I2C总线上挂载多个设备，那么岂不是CPU发个什么数据，所有的外设都可以看得到？

是的，就这样子的。只不过CPU先会发一个地址，所有的外设都会收到这个地址。这个地址就好比外设的名字。叫了你了，你就答应，没叫你就别答应。

地址总共能有127个，不同的I2C接口的外设的地址通常是不会重复的。

对于如果我需要在一根I2C总线上挂载多个相同的外设呢？例如上面的一组I2C控制几个灯控IC。这种情况下，IC厂家通常都会未卜先知，知道大家可能会一口气用好几个，在IC上预留地址脚 ，通过不同的拉高和拉低的状态，把设备的I2C的地址配置成不同的值。

通过地址选择脚，选择不同的I2C地址

I2C协议简单介绍

讲了，这么多，硬件工程师们知道什么是I2C以及怎么使用了，但是还是不能愉快的和软件工程师交流，因为还不知道传输的详情。

I2C时序图

具体的I2C工作时序，记住这么几条就可以理解了：

只能由主机（Master）发起数据传输请求，从机（Slave）只能被动响应。

通常MCU是主机，外围设备是从机。

主机和从机都不说话的时候，两根线都是高电平。（被外部上拉电阻拉高的）

主机先发送地址（Address），I2C上挂载的所有的设备都会收到这个地址，只有这个地址和自己的地址一致，才会响应（ACK）。

主机发送地址的时候顺带还会说本次操作是读还是写（RW）。从机收到这个读写信号，如果是读，从机就准备好要被读取的数据等着主机来读，如果是写，从机就做好接收数据的准备。

从机响应了，主机才会继续发数据。如果没有人响应，要么是从设备都挂了，要么是地址不对，总之就是有问题。

如果上面的都ok了，接下来就是按部就班的传输数据了。

I2C实测波形

硬件工程师和软件工程师手把手蹲在示波器旁边数I2C波形，在调试过程中经常看得到。

最后提一个思考题，这个问题很多资深工程师都没有想过！

如果两个外设都是一个地址，会怎么样？

就好比一个课堂上，两个同学都叫小明，老师说：小明，去把窗户打开。

是一个小明有反应？还是两个有反应？还是都没有反应？

燚智能硬件开发网--周教授大讲堂 （四个火，读 Yi）

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USB转串口IICI2CSPIUART适配器可编程开发板TYPE接口

电源

供电： VIN3.0~10V，可 USB 接口供电，即插即用。

工作电压： VWK3.3V 或者 VIN， 跳线切换。

电源输出： VIN、 3.3V 及 VWK 供其它设备使用，最高 500mA 输出能力。

功耗：

无操作自动休眠，休眠电流低至 5uA。

通讯速率（非 IO 模拟， 温补晶振， 时钟精准）

UART： 通讯速率 1200~921600bps（1.2kbps~0.9Mbps）。

I2C/SMBus： 通讯速率 0.33kHz~1.8MHz， 可搜索总线上所有从设备。

SPI： 通讯速率 2.75kHz~5.5MHz， 从模式，可设置时钟极性和相位。

1-Wire： 通用读写， 可连接多种型号 1-Wire 设备（芯片）。

扩展功能

板载 IIC 接口 AT24CxxEEPROM 芯片、 SHT 温湿度传感器芯片、 16 位差分 AD 采集。

板载 SPI 接口 GD25Qxx 芯片，可用于 SPI 接口测试或者存储用户数据。

板载 1-Wire 接口 DS18B20 温度传感器/DS28EC20/2431/2502EEPROM 芯片

IIC 屏幕专用接口，连接 OLED12832 屏幕。

外形尺寸

30mm*45mm*3mm（PCB 尺寸，不包含 USB 连接器）

工作温度： -40~85℃

其它

驱动程序： WinXP~Win10、 WinCE、 Android

全球唯一识别码

公开 PCB 原理图及测试源码

支持 Keil 编程，在线仿真，最多 10 个 GPIO，电压比较器， PWM内置专用透传协议，无需开发即可实现复杂外设数据交互

应用领域

USB 与串行口物理层透明通讯

串行接口转发器

电子设备固件 ISP 升级

EEPROM、 FLASH 读写器、数据存储器

串行接口芯片、设备测试、 Demo 运行器

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