I2C如何帮我解决系统中遇到的实际问题

我相信互联网搜索引擎可为我提供可靠、快速的答案，因此当我第一次遇到I2C协议时，我首先寻求互联网搜索引擎获得帮助。我的搜索给出如下响应：内部集成电路（I2C）协议是双向双线串行总线，其提供集成电路之间的通信链路。这一解释已经很清楚了，但我还有更多的问题：它究竟是什么？什么类型的设备使用I2C？I2C如何帮我解决系统中遇到的实际问题？

I2C是使主设备（例如处理器，微控制器（MCU）或专用集成电路（ASIC））能够与同一双线总线上的其它外围设备通信的流行通信协议。一条线专用于数据传输，而另一条用于时钟信号。想象它就像一个双车道公路：每个车道都有汽车从一端流向另一端，就像数据包将从主设备（处理器、MCU、ASIC）传输到外围设备（温度传感器、湿度传感器及其它设备）。

那I2C到底是什么呢……现在，为什么要使用它？I2C可以在同一总线上轻松实现多个外设 - 例如，使用各种传感器来监视服务器的温度。I2C协议实际上设计用于在单个总线上支持多个设备，而如串行外设接口（SPI）的其他协议的设计用于点对点单设备支持。双线I2C接口还可以帮助简化对四线SPI接口的布线，并减少通用输入/输出（GPIO）。

TI的用于构建I2C树状图的产品组合可以分为三个功能，如图1所示：缓冲转换器、I / O扩展器和I2C开关。

图1：具有各种I2C功能设备的电子系统

当您的设计在集成电路（IC）之间的长走线和/或电压失配时遇到劣化信号时，I2C缓冲转换器可以帮助您。例如，如果您发现3.3V MCU I2C I / O和5V温度传感器之间存在电压失配，则可以使用I2C电压转换器（如PCA9306）。此外，对于长走线上的相同电压失配，您可使用缓冲转换器（如TCA9617B）来解决输出刷新信号时的电压差。

I2C I / O扩展器顾名思义 - 当选定的处理器无可用端口时，它们会扩展I / O数量，如图2所示。这些设备与标准GPIO扩展器不同，因为它们直接与I2C总线上的设备通信。该组合还提供了多种功能，具体取决于您的特定系统需求，例如通道数、复位引脚和电平转换。

图2：微控制器或处理器使用I / O扩展器控制外设

I2C开关可以解决两个不同的问题。第一个问题与地址冲突有关。当同一总线上的两个设备具有相同地址时通常会发生冲突。如果系统在同一I2C总线上有两个温度传感器和两个湿度传感器，所有地址为0xFF - 一个I2C开关可以一次切换到单个传感器；见图3。第二个问题与功耗有关。I2C开关一次只为I2C总线的一部分供电，从而在不使用时保持总线的未使用部分掉电。

图3：具有八个通道的I2C开关示例

起初，互联网搜索将会告诉您，I2C使系统设计人员能够轻松实现鲁棒的系统控制。这一协议不仅有用，而且还具有很多设备功能，可令您的系统受益。您可以使用缓冲中继器、I / O扩展器和I2C开关来增强，扩展并修改I2C总线实现，以满足您的独特设计目标。有关I2C设计的更多信息，请阅读应用注释“了解I2C总线”。
审核编辑：何安淇