自学笔记I2C总线

I2C总线概述

I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。

I2C总线特点

I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。
I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

I2C总线工作原理

I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以通过该地址来访问不同设备。主机通过SDA线发送设备地址（SLAVE_ADDRESS）查找从机，SLAVE_ADDRESS可以是7位或10位，紧跟着SLAVE_ADDRESS的一个数据位用来表示数据传输方向，即第8位或11位。为0时表示写数据，为1时表示读数据。

数据有效性

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

数据传输格式

每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。

寻址字节的位定义

1~7位组成从机的地址。
0位是数据传送方向位，为0时表示主机向从机写数据，为1时表示主机由从机读数据。

I2C总线时序

起始和终止信号

SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号
SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号

应答信号

接收数据的IC（外设或者MCU）在接收到8bit（一个字节）数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据

另外的一种解释

数据接收方收到传输的一个字节数据后，需要给出响应，此时处在第9个时钟，发送端释放SDA线控制权，将SDA电平拉高，由接收方控制。若希望继续，则给出“应答（ACK）”信号，即SDA为低电平；反之给出“非应答（NACK）”信号，即SDA为高电平。

主机向从机发送数据

注：

• 阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。
• “0”表示主机发送数据(T) ，“1"表示主机接收数据（R）
• A表示应答，A非表示非应答(高电平)。S表示起始信号，P表示终止信号。

主机在第一个字节后，立即从从机读数据

注：

• 阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。
• “0”表示主机发送数据(T) ，“1"表示主机接收数据（R）
• A表示应答，A非表示非应答(高电平)。S表示起始信号，P表示终止信号。

传输中需要改变方向

在传送过程中,当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。

注：

• 阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。
• “0”表示主机发送数据(T) ，“1"表示主机接收数据（R）
• A表示应答，A非表示非应答(高电平)。S表示起始信号，P表示终止信号。