I2C总线协议

概述

• I2C是双向二线制（SDA数据线和SCL时钟线）同步串行总线
  • 同步：数据的传输是在一个共同的时钟信号控制下进行的，发送方和接收方都根据这个时钟信号来确定数据的发送和接收时机
  • 串行：表示数据是一位一位依次传输的，而不是像并行总线那样多个数据位同时传输。串行传输方式减少了硬件引脚的数量，但传输速度相对并行传输来说可能会慢一些。
• 在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。
  • 如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送。
  • 如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下，主机负责产4生定时时钟和终止数据传送。
• 半双工
• SCL和SDA配置为开漏输出，都要加上拉电阻，一般4.7k（推挽可能会短路）

I2C时序基本单元

起始条件

• SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平（空闲时刻由于上拉电阻都处于高电平）

终止条件

• SCL高电平期间,SDA从低电平切换到高电平
  

发送

• SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节
  

接收

• SCL低电平期间,从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节(主机在接收之前，需要释放SDA)
  

应答

发送应答

• 主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
  

接收应答

• 主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA)
  

设备地址

• 有7位和10位+1个读写位（0写1读）
• 地址出厂时高位一般是确定的，低位可通过某些引脚来改变
• 较常用的7位地址,2^7=128，但有些地址被保留了，所以理论上可以挂<128个从器件。
• 实际上，I2C 总线是一种开漏输出的通信方式，需要外接上拉电阻。总线电容是所有连接到总线上的设备引脚电容和线路电容的总和。随着连接设备数量的增加，总线电容也会增大。当总线电容过大时，信号的上升和下降时间会变长，可能导致信号失真，影响通信的可靠性。通信速率越高，实际可连接的设备数量可能就越少。实际上只在i2c上挂几个或十几个设备

I2C时序

指定地址写

• 对于指定设备(Slave Address），在指定地址(Reg Address)）下写入指定数据(Data)
• 第一个字节是设备地址，第二个字节是设备寄存器地址

当前地址读

• 对于指定设备(SlaveAddress），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据(Data)
• 第一个字节是设备地址+读指令，但第二个字节不再是设备寄存器地址，发送完第一个字节后主机立马进入接收。因此要指定寄存器的话，要用到当前地址指针
• 当前地址指针：上电后默认指向0地址，每写入或读一个字节，指针会自动自增一次，读的时候没法指定那个地址，读的是当前这个指针指向的地址，由于不能指定，所以少用

指定地址读

• 对于指定设备(Slave Address），在指定地址(Reg Address)下读取从机数据(Data)
• 第一个字节是设备地址+写指令，第二个字节寄存器地址+读指令，这样成功使设备当前地址指针指向了目的寄存器，再来一个起始条件和设备地址读，就可以实现指定地址读了

主机发送

主机接收