I2C 总线协议详解

- 日理万妓 2022-12-09 01:56 246阅读 0赞

### I2C 总线协议 ###

*  1、I2C 简介
 *  2、I2C 协议
 *  3、I2C协议有关术语
 *   *  3.1、起始位
     *  3.2、停止位
     *  3.3、数据传输
     *  3.4、应答信号
     *  3.5、I2C 写时序
     *  3.6、I2C 读时序
     *  3.7、I2C 多字节读写时序

# 1、I2C 简介 #

I2C 是很常见的一种总线协议， I2C 是 NXP 公司设计的， I2C 使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是 SCL(串行时钟线)，另外一条是 SDA(串行数据线)，这两条数据线需要接上拉电阻，总线空闲的时候 SCL 和 SDA 处于高电平。 I2C 总线标准模式下速度可以达到 100Kb/S，快速模式下可以达到 400Kb/S。 I2C 总线工作是按照一定的协议来运行的，接下来就看一下 I2C 协议。

# 2、I2C 协议 #

I2C 是支持多从机的，也就是一个 I2C 控制器下可以挂多个 I2C 从设备，这些不同的 I2C从设备有不同的器件地址，这样 I2C 主控制器就可以通过 I2C 设备的器件地址访问指定的 I2C设备了，一个 I2C 总线连接多个 I2C 设备如下图所示：  
![I2C 多个设备连接结构图][I2C]  
上图中 SDA 和 SCL 这两根线必须要接一个上拉电阻，一般是 4.7K。其余的 I2C 从器件都挂接到 SDA 和 SCL 这两根线上，这样就可以通过 SDA 和 SCL 这两根线来访问多个 I2C设备。

# 3、I2C协议有关术语 #

## 3.1、起始位 ##

顾名思义，也就是 I2C 通信起始标志，通过这个起始位就可以告诉 I2C 从机，“我”要开始进行 I2C 通信了。在 SCL 为高电平的时候， SDA 出现下降沿就表示为起始位，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 3.2、停止位 ##

停止位就是停止 I2C 通信的标志位，和起始位的功能相反。在 SCL 位高电平的时候， SDA出现上升沿就表示为停止位，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 3.3、数据传输 ##

I2C 总线在数据传输的时候要保证在 SCL 高电平期间， SDA 上的数据稳定，因此 SDA 上的数据变化只能在 SCL 低电平期间发生，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][20200921113420659.png_pic_center]

## 3.4、应答信号 ##

当 I2C 主机发送完 8 位数据以后会将 SDA 设置为输入状态，等待 I2C 从机应答，也就是等到 I2C 从机告诉主机它接收到数据了。应答信号是由从机发出的，主机需要提供应答信号所需的时钟，主机发送完 8 位数据以后紧跟着的一个时钟信号就是给应答信号使用的。从机通过将 SDA 拉低来表示发出应答信号，表示通信成功，否则表示通信失败。

## 3.5、I2C 写时序 ##

主机通过 I2C 总线与从机之间进行通信不外乎两个操作：写和读， I2C 总线单字节写时序如下图所示：  
![I2C 写时序][I2C 1]  
上图就是 I2C 写时序，我们来看一下写时序的具体步骤：

*  1)、开始信号。
 *  2)、发送 I2C 设备地址，每个 I2C 器件都有一个设备地址，通过发送具体的设备地址来决定访问哪个 I2C 器件。这是一个 8 位的数据，其中高 7 位是设备地址，最后 1 位是读写位，为1 的话表示这是一个读操作，为 0 的话表示这是一个写操作。
 *  3)、 I2C 器件地址后面跟着一个读写位，为 0 表示写操作，为 1 表示读操作。
 *  4)、从机发送的 ACK 应答信号。
 *  5)、重新发送开始信号。
 *  6)、发送要写写入数据的寄存器地址。
 *  7)、从机发送的 ACK 应答信号
 *  8)、发送要写入寄存器的数据。
 *  9)、从机发送的 ACK 应答信号。
 *  10)、停止信号。

## 3.6、I2C 读时序 ##

I2C 总线单字节读时序如下图所示：  
![I2C 单字节读时序][I2C 2]  
I2C 单字节读时序比写时序要复杂一点，读时序分为 4 大步，第一步是发送设备地址，第二步是发送要读取的寄存器地址，第三步重新发送设备地址，最后一步就是 I2C 从器件输出要读取的寄存器值，我们具体来看一下这步。

*  1)、主机发送起始信号。
 *  2)、主机发送要读取的 I2C 从设备地址。
 *  3)、读写控制位，因为是向 I2C 从设备发送数据，因此是写信号。
 *  4)、从机发送的 ACK 应答信号。
 *  5)、重新发送 START 信号。
 *  6)、主机发送要读取的寄存器地址。
 *  7)、从机发送的 ACK 应答信号。
 *  8)、重新发送 START 信号。
 *  9)、重新发送要读取的 I2C 从设备地址。
 *  10)、读写控制位，这里是读信号，表示接下来是从 I2C 从设备里面读取数据。
 *  11)、从机发送的 ACK 应答信号。
 *  12)、从 I2C 器件里面读取到的数据。
 *  13)、主机发出 NO ACK 信号，表示读取完成，不需要从机再发送 ACK 信号了。
 *  14)、主机发出 STOP 信号，停止 I2C 通信。

## 3.7、I2C 多字节读写时序 ##

有时候我们需要读写多个字节，多字节读写时序和单字节的基本一致，只是在读写数据的时候可以连续发送多个自己的数据，其他的控制时序都是和单字节一样的

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[I2C 2]: /images/20221123/d360d7405b294eb9a47688591818727b.png