I2C总线协议原理

     首先I2C总线一共分为2根，一根是SCL（serial clock），还有一根是SDA（serial data），一根是用来同步时钟的，一根是发送接收数据的，因为有时钟的同步，所以很显然，I2C用的是同步通信的方式。

     在SDA和SCL总线上，所有的设备都是采用的线与的连接方式，也就是说，接地输出的是0，高阻态的情况下输出的是1，所有的设备是不会直接通过输出高电平的，原因也很简单，我们看下面的图可以发现，如果设备A接地，也就是输出0，设备B如果用输出高电平来输出1的话，那就会导致设备B的短路，可能会烧毁设备，所以在线与的时候，我们的做法是接一个上拉的电阻，当我们如果想要设备B输出1的时候，我们只需要让设备B断开与总线的连接，也就是呈现高阻的状态，然后就因为上拉电阻的原因，我们在总线上呈现的是一个高电平，也就可以满足我们要输出1的要求。

     了解了线与的基本原理，下面我们就可以从物理层跳到协议层去看看I2C的协议是什么样的（注意灰色都是主机做的事情，白色都是从机做的事情）

     I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号（通常是7位或者10位），又包括真正的数据信号。

     因为在起始信号后必须传送一个从机（slave）的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/），用“0”表示主机发送数据（T），用“1”表示主机接受数据（R）。然后这时候接收机会产生一个应答(ACK),就好比上课的时候，老师在教室里面点名，当喊到小明同学的时候，小明同学需要给老师一个回复，表示他已经做好了回答问题的准备。

    接下来就是传输数据了，每当发送机传输完一byte的数据，接收机都要做出一个相应，来表示有无成功的接受这个数据，当最后的信号发送完成一会，如果发送机是主机，那就由主机直接发送一个停止位，来结束这次的发送。

    如果主机作为接收机呢，那么过程会相对的复杂一点。这是因为在接受slave数据的时候，我们必须要知道我们要从哪个寄存器来读取数据，这就要我们先通过对其进行写入的操作。

   1）发送起始位；
   2）发送slave地址+write bit set 

   3)发送内部寄存器地址；
   4)重新发送起始位，即restart

   3)发送内部寄存器地址；
   4)重新发送起始位，即restart

   需要注意的是主机接收器在接收到最后一个字节后，也不会发出ACK信号，这时候从机释放掉对于SDA总线的控制，等待主机控制SDA，发送停止标志。

   可以看出，开始位和停止位都是只能又主机发送的，从机是不具有这样的功能。

   上面说了那么多发送起始位，和停止位，以及数据的发送和接受，那I2C到底是怎么达到数据的成功传输的呢。

    

    首先来看看I2C里面数据的START信号和STOP信号是长什么样的。

    当我们的SCL总线时钟处在高电平的时候，SDA有一个从1到0的过程，这说明START 信号到来了，所有的从机做好准备，等待主机的地址输入。这其实也很好理解，毕竟在空闲的时候，所以的设备都是处在空闲的高阻态，SDA总线上的电平是由上拉电阻决定的，所以一定是高电平，如果出现了下降沿，那一定是SDA总线被设备占用了，也就说明有数据要开始发送了。

    那我们的STOP呢，就正好与我们的START信号相反，在我们的SCL为高电平的时候，我们的SDA出现了上升沿的过程就是STOP信号。

    那中间的数据是怎么传输的呢，接收机又是在何时接受信号，发送机又是在何时转变自己的电平变化呢

    由上面的这幅图可以看到，在SCL总线为高电平的时候，是要求SDA的数据稳定的，这就是因为这个时候，接收机要读取Data了，只有保证接收机在读取信号的时候，发送机数据是稳定的，才能保证接收机读取的数据不会发生错误，减少误码率。

    而在SCL为低电平的时候，I2C协议规定，接收机是不要读取信号的，这时候发送机要抓紧转换为先下一个电平，这个转化一定要在下一次高电平到来之前完成，这样才能确保高电平读取Data的时候不会出错。

   那在之前说到的，发送完1byte数据的时候，接收机会产生一个ACK/NACK的响应信号，这信号I2C是怎么规定的呢？

    根据这个图，我们来看，当发送完第8位数据的时候，发送机（这里假设主机发送）置为1，也就是放弃对SDA总线的控制权，把权力交给接收机，这时候，接收机需要在第9个高电平到来以前置为1/0，如果成功接收，那就出现一个下降沿，并且保持一整个高电平的时间，来告诉发送机，接收机已经成功接收，请发送下一位数据，如果接收机响应1，那就说明接收失败，要做出相应的对策。

这差不多就是整个I2C协议的大致内容了，如果有问题，也希望可以提醒我来改正，也请谅解。