I2C总线（一）硬件结构 及 IIC时序

一、电器特性

概念：I2C中心是 两线式 串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

I2C总线只有两根双向信号线：

SDA：数据线     SCL：时钟线

控制原理：通过控制SCL和SDA线高低电平时序，产生I2C总线协议所需的信号进行数据传输。在总线空闲状态，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持高电平。

I2C传输速率：100kbit/s ~ 3.4Mbit/s

二、总线寻址

I2C总线协议规定：从设备采用7位的地址：

D7~D1：从设备地址；

D0位：数据传送方向位，为0时表示主设备向从设备写数据，为1时表示主机由从设备读数据。

主设备发送地址时，总线上的每个从设备都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正在被主设备寻址，根据R/W位讲自己确定为发送器或接收器

从设备的地址有固定部分和用户自定义部分组成。

1. 固定部分：D7~D4 共4位决定。这是由从设备的生产厂商生产时就确定的值。

2. 用户自定义部分：D3~D1 共3位。这3位通常对应设备的3个引脚（A0~A2）。把三个引脚接到不同的电平上，就可以形成一个3位的数值。

                                                    

三、总线时序

3.1 空闲状态

I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。

 3.2 起始状态

在时钟线SCL保持高电平期间，数据线SDA上的电平被拉低（即负跳变），定义为I2C总线的启动信号，标志着一次数据传输的开始。

 3.3 结束状态

在时钟线SCL保持高电平期间，数据线SDA被释放，是的SDA上的电平被拉高（即正跳变），定义为I2C总线的停止信号，标志着一次数据传输的结束

 3.4 数据位传输

I2C总线上的所有数据（地址和数据）都是以8位一个字节位单位进si传输的。

 3.5 应答位

发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲第9位释放数据线，并由接收器反馈一个应答信号。
应答信号为低电平时，定为有效应答位ACK，表示接收器已经成功接收了该字节；
应答位为高电平时，定为非应答位（NACK）表示接收器接收该字节失败。

四、I2C总线操作

对I2C总线的操作实际就是主从设备之间的读写操作。大致可分为以下三种操作情况：
    第一，主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：
    

    第二，主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：
    

    第三，主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

    第三种操作在单个主设备系统中，重复的开启起始条件机制要比用STOP终止传输后又再次开启总线更有效率。