I2C协议：深入浅出

I2C协议详解

一、I2C协议简介

I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件．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．主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

二、I2C总线结构

I2C总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。

三、I2C总线的特征

I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(可以从I2C器件的数据手册得知)，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把CPU带I2C总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。

四、I2C总线的三种状态

空闲状态：当SCL与SDA同时为高电平时，为空闲态：

工作开始状态：此时SCL为高，而SDA出现下降沿（START信号）：

工作停止状态：此时SCL为高，而SDA出现上升沿（STOP信号）：

五、I2C总线协议

I2C协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生。总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，当SCL为高电平时，SDA由高到低的跳变，则会产生一个起始条件；当SCL为高时，SDA由低到高的跳变，则会产生一个停止条件。在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，其他I2C器件无法访问总线；而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态，当然也可以不释放总线，可以直接选取下一个从设备并且开始下一次传输，最后在释放总线即可。

传输数据过程中，当SCL为高电平时，SDA的点平必须保持稳定，否则可能会产生开始位或者停止位，所以数据传输过程中，SCL为高电平时获取SDA的数据，在SCL为低电平时可以进行点平的转换（SCL为低电平时不会有影响）

六、I2C读写时序

说明：主机要向从设备写入数据时，主机先发送起始信号，再发送从机地址+读写位（AD+W），收到从机ACK后，主机发送写入的寄存器地址，收到从机ACK后，主机发送要写入的数据，收到从机的ACK后，主机发送停止位。

说明：主机要从从设备读取数据时，主机先发送起始信号，再发送从机地址+读写位（AD+W），收到从机ACK后，主机发送要读取的寄存器地址，收到从机ACK后，因为要转换数据流方向，主机要重新发送起始信号，接着发送从机地址+读写位（AD+R），收到从机的ACK后，开始读取数据并发送ACK信号，数据接收完成后，主发送NACK信号和停止信号。