协议介绍
-
I2C(Inter－Integrated Circuit)是一种通用的【总线协议】，一种简单的双向两线制总线协议标准；
-
实现I2C需要两根信号线完成信息交换，SCL时钟信号线，SDA数据输入/输出线。它属于【同步通信】，由于输入输出数据均使用一根线，支持【双向数据交换】，因此通信方向为【半双工】;
-
I2C可以支持多主机（multi-master）系统，允许有多个master，并且每个master都可以与所有的slaves通信（master之间不可通过I2C通信，并且每个master只能 【轮流】 使用I2C总线）
-
I2C的数据传输速率位于串口和SPI之间，大部分I2C设备支持100KHz和400KHz模式
-
使用I2C传输数据会有一些额外消耗：每发送8bits数据，就需要额外1bit的元数据（ACK或NACK）
I2C物理层
-
它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
-
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【独立的地址】，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
-
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，高速模下可达3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式
I2C协议层
协议中主要规定了4种信号：
- 起始信号
- 停止信号
- 数据位
- 应答信号
以主机向从机写数据为例，其基本结构如图所示，依次为：
起始信号——从机地址(7位)——读写信号(1位)——数据位——应答位——……——停止位
-
起始信号(S)：当 SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换；
-
停止信号(P)：当 SCL 是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换。
-
帧地址：I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。I2C协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。
-
I2C使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。
- SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。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。
-
I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。
-
作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到I2C传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；
若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。