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[導(dǎo)讀]在說驅(qū)動之前，咱們可以先來了解下通信的基本原理。

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在說驅(qū)動之前，咱們可以先來了解下通信的基本原理：

數(shù)據(jù)通信的種類有：串行通信、并行通信。不管是什么類型的通信，再怎么復(fù)雜的，也是在這兩種上面衍生出來的。

數(shù)據(jù)通信的傳輸方向又有：單工、半雙工、全雙工。它們之間各有什么樣的特點，我舉了車輛過道的實例，通俗易懂的跟大家講明白了。

數(shù)據(jù)通信的方式還可以分為：同步、異步。什么是同步？什么是異步？相信大家現(xiàn)在已經(jīng)有個概念了吧？同步就是根據(jù)一定的時鐘周期，做一定的事情，這里我舉了廣場舞的例子，那異步又是什么呢？異步就是隨時都可以，但怎么來區(qū)分開始，動作和結(jié)束呢？這就需要一幀數(shù)據(jù)里面安插開始傳輸位、數(shù)據(jù)內(nèi)容、結(jié)束位以作區(qū)分，然后還需要一定的傳輸頻率，這樣才能將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

而串口協(xié)議又是什么東西呢？串口協(xié)議就是一種串行異步通信協(xié)議。有協(xié)議還不行，得有硬件接口嘛，具體是什么就不說了。然后雙方都約定好，比如通信雙方都設(shè)置波特率115200，一次發(fā)8bit數(shù)據(jù)，0個校驗位，1個停止位。接下來就開始發(fā)數(shù)據(jù)，這時候就按照協(xié)議的規(guī)范，發(fā)送端開始發(fā)送一個起始位，通常是0，然后開始傳輸8bit數(shù)據(jù)，如果需要校驗，那么就傳輸校驗位，最后再傳輸1bit的停止位，這樣一幀數(shù)據(jù)就發(fā)完了。

這節(jié)，我們來說說I2C協(xié)議，I2C協(xié)議是什么鬼？I2C是(Inter-Integrated Circuit)的英文縮寫，是Philips公司開發(fā)的一個通信協(xié)議，只有兩根線是用來通信的。簡單的來說，如下圖：

我先來說下上面這幅圖具體是什么含義，然后接下來再來說說I2C是怎么操作數(shù)據(jù)的。I2C總線就是通過SDA總線(數(shù)據(jù))、SCL總線(時鐘)來傳輸數(shù)據(jù)的，那為什么I2C總線上還要接兩個上拉電阻呢？根據(jù)I2C規(guī)格設(shè)計上手冊上了解到，由于I2C接口設(shè)計大多采用的是集電極開路或者是開漏輸出的接口，當(dāng)總線為空閑的時候，兩根線均為高電平，由于I2C的SDA和SCL都具有線與功能，什么是線與？線與就是有0為0，同1為1，這是數(shù)字電路邏輯相關(guān)的了。也就是說只要有一個節(jié)點對總線(SCL或者SDA)發(fā)送了低電平，那么這整根線就會呈現(xiàn)為低電平，你想想，協(xié)議都說了，空閑要高電平，你突然給它來個低電平，這不逗死人嘛？這還叫協(xié)議？這明顯就是亂搞嘛，是不是？所以既然是協(xié)議，那I2C就肯定會有約束條件嘛，這個上拉電阻的其中一個作用就在這里了，給硬件電路的IO口提供一個確定的電平信號。

說到這里，可能有人要問了，我是寫代碼的，硬件我不太熟悉或者根本就不懂?。克麄兛赡軙岢鲞@樣的問題：什么是集電極開路輸出？什么是開漏輸出？什么是上拉電阻？上拉電阻取值要取什么值，這個電阻取大取小對I2C通信的時候有什么影響，應(yīng)該取什么值最合適？既然有上拉電阻，那是不是有下拉電阻？為什么我看有些I2C的外設(shè)接在MCU的IO口里，也沒有看見接上拉電阻啊，那為什么通信也正常？

下面咱們就來說說這些問題該怎么來解答，那什么問題好解釋，我們先從硬件電路開始下手，一步一步的分析上面的這些問題。

我們先來看一個簡單的電路：

想象一下，如果現(xiàn)在把B點上面那一部分去掉了，變成下面這樣：

學(xué)習(xí)數(shù)字電路后我們知道，電路的輸出狀態(tài)有三種：

1、高電平 2、低電平 3、高阻態(tài)

如圖(5)，這種無法確定電路狀態(tài)到底是高電平還是低電平，就是高阻態(tài)。

什么是高阻態(tài)？

答：電路分析時高阻態(tài)可做開路理解。你可以把它看作輸出（輸入）電阻非常大。它的極限狀態(tài)可以認為懸空（開路）。也就是說理論上高阻態(tài)不是懸空，它是對地或?qū)﹄娫措娮铇O大的狀態(tài)。而實際應(yīng)用上與引腳的懸空幾乎是一樣的。

所以，我們可以認為，B點在開關(guān)斷開的時候，相當(dāng)于懸空引腳，沒有辦法確定它的狀態(tài)，而一般情況下，為了給它確定一個電平，通常就會給IO口加一個上拉電阻，也就是圖(4)看到的情況，也就是當(dāng)按鍵沒按下的時候，B點為高電平，MCU讀取B點也為高電平。而當(dāng)按鍵按下的時候，則情況相反，這就是上拉電阻的其中一個作用------確定電路的狀態(tài)。那么下拉電阻也同樣是這么一個功能，該怎么分析，就不用我說了，道理是一樣的。

那么，最前面我們在分析I2C為什么要接上拉電阻的問題，其中一個原因是因為集電極開路輸出和漏極開路輸出，先來搞明白第一個問題，什么是集電極開路輸出？

什么是集電極開路輸出？集電極是什么指的什么東西？

答：集電極是三極管的其中一個電極，這里我們形象的把它畫出來：

那么怎么解決這么不能確定c點到底輸出多少的問題呢？上拉電阻閃亮登場?。。?！確定電路狀態(tài)，這無疑就是個寶貝，關(guān)鍵時刻可以用到了，我們來看看怎么改變它。

由此可見，當(dāng)集電極開路的時候，比如就上面說的，當(dāng)三極管處于截止狀態(tài)的時候。也就相當(dāng)于bc之間沒有形成通路的時候，那么c點的電平無法確定，也就是說，將一個無法確定電平的線路接在I2C總線的SDA和SCL上，當(dāng)I2C為空閑的時候，能保證SDA和SCL輸出高電平嗎？不能？那不能的話，假設(shè)輸出低電平，由于I2C總線的線與關(guān)系，那不就相當(dāng)于違背了I2C協(xié)議所說的條件了嗎？所以這就是上拉電阻存在的必要性了。集電極開路也被稱為OC開路，OC，就是Open Collector的英文縮寫。

那么講到這里，有人可能就要問了，那現(xiàn)在我輸入1時，最終就要輸出1，不要反向，我現(xiàn)在輸入0的時候，我就要輸出0，不要被反向，那如何來實現(xiàn)呢？很簡單，我們接兩個反向器不就得了？來看看怎么接：

但通常在MCU中，不會這么接，但最終的效果是一樣的，原理還是有所區(qū)別。于是經(jīng)過改造就有了如圖(10)所示的電路，由兩只三極管共同控制，當(dāng)電平不同的時候，總有一只三極管是導(dǎo)通的，當(dāng)我把上拉電阻換成開關(guān)的時候，這個電路就稱為推挽輸出電路。

那么什么又是漏極輸出呢？漏極又是什么東西？漏極是場效應(yīng)管中的一個極：如圖(11)所示，場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。主要有兩種類型（junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（metal-oxide semiconductor FET，簡稱MOS-FET）。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。

場效應(yīng)管（FET）是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。

因此為什么I2C總線外要接兩個上拉電阻的原因就在于此。這時候疑問就來了，為什么有些MCU不需要加上拉電阻也可以正常驅(qū)動I2C總線呢？

答：有些MCU內(nèi)部帶了弱上拉電阻，這樣也可以與I2C總線實現(xiàn)線與的功能，這樣可以保證I2C在空閑的時候都為高電平。但考慮到驅(qū)動能力的問題，畢竟由芯片輸出的驅(qū)動能力有限，所以在外部接上拉電阻可以增加驅(qū)動能力。

至于電阻的大小取什么值，可以參考博客末尾的文章。

關(guān)于協(xié)議部分，常用的參考以下博客即可，寫得通俗易懂，也很好理解，以下這篇文章考慮的只是主-從模式，而多主機模式在這篇文章中并沒有涉及，建議還是看I2C官方的User Spec來了解，畢竟官方的是最標準的。

http://blog.csdn.net/w89436838/article/details/38660631

一網(wǎng)友寫的一個51單片機的程序，非常好理解，截取過來：