i2c协议详解_i2c通信协议原理

I2C物理层

I2C通讯设备之间的常用连接方式如下图。

它的物理层有如下特点：

• 一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。 数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

• 每个连接到总线的设备都有一个独立的设备地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。 其中地址是一个七位或十位的数字。

• 总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲， 都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

• 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

• 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ， 高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。

• 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。

通讯的起始和停止信号

• 当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。

• 当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

响应

 i2c的数据字节定义为8-bits长度，对每次传送的总字节数量没有限制,但对每一次传输必须伴有一个应答(ACK)信号， 其时钟由主设备提供，而真正的应答信号由从设备发出，在时钟为高时，通过拉低并保持SDA的值来实现。如果从设备忙， 它可以使 SCL保持在低电平，这会强制使主设备进入等待状态。当从设备空闲后，并且释放时钟线，原来的数据传输才会继续。

数据有效性

I2C使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步，如下图。 SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。（scl=1时，sda的数据有效；scl=0，sda数据改变）

• 传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。

• 当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

地址及数据方向

• 读数据方向时，主机会释放对SDA信号线的控制，由从机控制SDA信号线，主机接收信号。

• 写数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号。

 i2c数据读写

 对从设备进行写操作时，主设备发出开始标志(S)和写地址(地址位加一个R/W位，0为写)。 从设备产生应答信号。然后主设备开始传送寄存器地址(RA)，接到应答后，开始传送寄存器数据， 然后仍然要有应答信号，连续写入多字节时依次类推。

 对从设备进行读操作时，主设备发出开始标志(S)和读地址(地址位加一个R/W位，1为读)。 等待从设备产生应答信号。然后发送寄存器地址，告诉从设备读哪一个寄存器。 紧接着，收到应答信号后，主设备再发一个开始信号，然后发送从设备读地址。 从设备产生应答信号并开始发送寄存器数据。通信以主设备产生的拒绝应答信号(NACK)和结束标志(P)结束。

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