I2C總線協議及工作原理一、概述1、I2C總線只有兩根雙向信號線。一根是數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。SCL：上升沿將數據輸入到每個EEPROM器件中；下降沿驅動EEPROM器件輸出數據。(邊沿觸發)SDA：雙向數據線，為OD門，與其它任意數量的OD與OC門成"線與"關系。I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平（SDL=1;SCL=1）。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。2、主設備與從設備系統中的所有外圍器件都具有一個7位的"從器件專用地址碼"，其中高4位為器件類型，由生產廠家制定，低3位為器件引腳定義地址，由使用者定義。主控器件通過地址碼建立多機通信的機制，因此I2C總線省去了外圍器件的片選線，這樣無論總線上掛接多少個器件，其系統仍然為簡約的二線結構。終端掛載在總線上，有主端和從端之分，主端必須是帶有CPU的邏輯模塊，在同一總線上同一時刻使能有一個主端，可以有多個從端，從端的數量受地址空間和總線的最大電容400pF的限制。主端重要用來驅動SCLline；從設備對主設備產生響應；

兩者都可以傳輸數據，但是從設備不能發起傳輸，且傳輸是受到主設備控制的。協議1.空閑狀態

I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號線同時處在高電平時，規定為總線的空閑狀態。此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。2.起始位與停止位的定義：

起始信號：當SCL為高期間，SDA由高到低的跳變；啟動信號是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。停止信號：當SCL為高期間，SDA由低到高的跳變；停止信號也是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。起始和終止信號都是由主機發出的，在起始信號產生后，總線就處在被占用的狀態；在終止信號產生后，總線就處在空閑狀態。接受器件收到一個完整的數據字節后，有也許需要完畢一些其它工作，如解決內部中斷服務等，也許無法立刻接受下一個字節，這時接受器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機處在等待狀態。直到接受器件準備好接受下一個字節時，再釋放SCL線使之為高電平，從而使數據傳送可以繼續進行。3.ACK發送器每發送一個字節，就在時鐘脈沖9期間釋放數據線，由接受器反饋一個應答信號。應答信號為低電平時，規定為有效應答位（ACK簡稱應答位），表達接受器已經成功地接受了該字節；應答信號為高電平時，規定為非應答位（NACK），一般表達接受器接受該字節沒有成功。

對于反饋有效應答位ACK的規定是，接受器在第9個時鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且保證在該時鐘的高電平期間為穩定的低電平。假如接受器是主控器，則在它收到最后一個字節后，發送一個NACK信號，以告知被控發送器結束數據發送，并釋放SDA線，以便主控接受器發送一個停止信號P。如下圖邏輯分析儀的采樣結果：釋放總線后，假如沒有應答信號，sda應當一直連續為高電平，但是如圖中藍色虛線部分所示，它被拉低為低電平，證明收到了應答信號。

這里面給我們的兩個信息是：1)接受器在SCL的上升沿到來之前的低電平期間拉低SDA；2)應答信號一直保持到SCL的下降沿結束；正如前文紅色標記所指出的那樣。4.數據的有效性：

I2C總線進行數據傳送時，時鐘信號為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態才允許變化。5.數據的傳送：

在I2C總線上傳送的每一位數據都有一個時鐘脈沖相相應（或同步控制），即在SCL串行時鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數據。數據位的傳輸是邊沿觸發。工作過程總線上的所有通信都是由主控器引發的。在一次通信中，主控器與被控器總是在扮演著兩種不同的角色。1.主設備向從設備發送數據主設備發送起始位，這會告知總線上的所有設備傳輸開始了，接下來主機發送設備地址，與這一地址匹配的slave將繼續這一傳輸過程，而其它slave將會忽略接下來的傳輸并等待下一次傳輸的開始。主設備尋址到從設備后，發送它所要讀取或寫入的從設備的內部寄存器地址；之后，發送數據。數據發送完畢后，發送停止位。（這段看不懂就別看了，沒什么用）寫入過程如下：發送起始位1）發送從設備的地址和讀/寫選擇位；釋放總線，等到EEPROM拉低總線進行應答；假如EEPROM接受成功，則進行應答；若沒有握手成功或者發送的數據錯誤時EEPROM不產生應答，此時規定重發或者終止。2）發送想要寫入的內部寄存器地址；EEPROM對其發出應答；3）發送數據4）發送停止位.5）EEPROM收到停止信號后，進入到一個內部的寫入周期，大約需要10ms，此間任何操作都不會被EEPROM響應具體：需要說明的是：①主控器通過發送地址碼與相應的被控器建立了通信關系，而掛接在總線上的其它被控器雖然同時也收到了地址碼，但由于與其自身的地址不相符合，因此提前退出與主控器的通信；

2.主控器讀取數據的過程：讀的過程比較復雜，在從slave讀出數據前，你必須先要告訴它哪個內部寄存器是你想要讀取的，因此必須先對其進行寫入(dummywrite)：1）發送起始位；2）發送slave地址+writebitset；3)發送內部寄存器地址；4)重新發送起始位，即restart；5)重新發送slave地址+readbitset；6)讀取數據主機接受器在接受到最后一個字節后，也不會發出ACK信號。于是，從機發送器釋放 SDA線，以允許主機發出P信號結束傳輸。7)發送停止位具體：2、數據傳送格式（1）字節傳送與應答每一個字節必須保證是8位長度。數據傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。由于某種因素從機不對主機尋址信號應答時（如從機正在進行實時性的解決工作而無法接受總線上的數據），它必須將數據線置于高電平，而由主機產生一個終止信號以結束總線的數據傳送。假如從機對主機進行了應答，但在數據傳送一段時間后無法繼續接受更多的數據時，從機可以通過對無法接受的第一個數據字節的“非應答”告知主機，主機則應發出終止信號以結束數據的繼續傳送。當主機接受數據時，它收到最后一個數據字節后，必須向從機發出一個結束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答”來實現的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產生終止信號。（2）數據幀格式I2C總線上傳送的數據信號是廣義的，既涉及地址信號，又涉及真正的數據信號。在起始信號后必須傳送一個從機的地址（7位），第8位是數據的傳送方向位（R/），用“0”表達主機發送數據（T），“1”表達主機接受數據（R）。每次數據傳送總是由主機產生的終止信號結束。但是，若主機希望繼續占用總線進行新的數據傳送，則可以不產生終止信號，立即再次發出起始信號對另一從機進行尋址。在總線的一次數據傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：主機向從機發送數據，數據傳送方向在整個傳送過程中不變：注：有陰影部分表達數據由主機向從機傳送，無陰影部分則表達數據由從機向主機傳送。A表達應答，表達非應答（高電平）。S表達起始信號，P表達終止信號。b、主機在第一個字節后，立即由從機讀數據c、在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被反復產生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。總線的尋址I2C總線協議有明確的規定：采用7位的尋址字節（尋址字節是起始信號后的第一個字節）。尋址字節的位定義D7～D1位組成從機的地址。D0位是數據傳送方向位，為“0”時表達主機向從機寫數據，為“1”時表達主機由從機讀數據。主機發送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址進行比較，假如相同，則認為自己正被主機尋址，根據R/位將自己擬定為發送器或接受器。從機的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個系統中也許希望接入多個相同的從機，從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數目。如一個從機的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時僅能尋址8個同樣的器件，即可以有8個同樣的器件接入到該I2C總線系統中。（2）尋址字節中的特殊地址固定地址編號0000和1111已被保存作為特殊用途。起始信號后的第一字節的8位為“00000000”時，稱為通用呼喊地址。通用呼喊地址的用旨在第二字節中加以說明。格式為：第二字節為06H（0110）時，所有能響應通用呼喊地址的從機器件復位，并由硬件裝入從機地址的可編程部分。能響應命令的從機器件復位時不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。第二字節為04H（0100）時，所有能響應通用呼喊地址并通過硬件來定義其可編程地址的從機器件將鎖定地址中的可編程位，但不進行復位。假如第二字節的方向位B為“1”，則這兩個字節命令稱為硬件通用呼喊命令。在這第二字節的高7位說明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機或其他微解決器能辨認這個地址，并與之傳送數據。硬件主器件作為從機使用時，也用這個地址作為從機地址。格式為：在系統中另一種選擇也許是系統復位時硬件主機器件工作在從機接受器方式，這時由系統中的主機先告訴硬件主機器件數據應送往的從機器件地址，當硬件主機器件要發送數據時就可以直接向指定從機器件發送數據了。起始字節起始字節是提供應沒有I2C總線接口的單片機查詢I2C總線時使用的特殊字節。不具有I2C總線接口的單片機，則必須通過軟件不斷地檢測總線，以便及時地響應總線的請求。單片機的速度與硬件接口器件的速度就出現了較大的差別，為此，I2C總線上的數據傳送要由一個較長的起始過程加以引導。引導過程由起始信號、起始字節、應答位、反復起始