I2C总线协议

一、I2C串行总线的组成及工作原理

I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，它只有两根双向信号线。一根是数据线SDA（serial data），另一根是时钟线SCL（serial clock）。可挂多器件，每个器件有唯一地址。通信的方式采用主从方式，主机主动联系从机，从机则被动回应数据。

I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。

二、I2C总线传输协议

I2C通信一共包含五个时序：起始，终止，应答，发送（写）和接受（读），这五个时序分别由不同的脉冲组合来决定。

数据位有效性：

SCL为高电平期间，SDA必须保持稳定；
SCL为低电平期间，SDA状态允许变化。

起始/终止时序：

SCL高电平，SDA由高向低的变化表示起始信号；
SCL高电平，SDA由低向高的变化表示终止信号。

应答时序：

每个字节8位，先传最高位，后面跟随一位应答位（即一帧9位）
应答位：从机空闲发出应答“0”、从机繁忙发出非应答“1”；
此时主机应发出终止信号以结束数据的继续传送，主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据。（*应答位是从机发出的，数据从主机到从机）

发送（写）时序：

数据线 起始信号+从机地址（7位）+数据传送方向位（R/T=1/0）
“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。

关于从机地址：这里以AT24C02为例，A0A1A2为地址输入（即I2C可以挂2^3=8个该从机）。
当A0=A1=A2=0时，地址为1010 0000=0xa0。

接收（读）时序：

读操作与写操作的启动方式相同。共有三种读取操作：当前地址读取，随机地址读取和顺序读取。
数据线 起始信号+从机地址（7位）+数据传送方向位（R/T=1/0）
“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。

软件模拟I2C通讯：

以上 可知

I2C起始时序程序

void I2C_Start()
{
	SCL = 1;
	_nop_(); //空操作，占一个机器周期1.08506
	SDA = 1;
	delay_5us();
	SDA = 0;
	delay_5us();
} 

I2C终止时序程序

void I2C_Stop()
{
	SDA = 0;
	_nop_();
	SCL = 1;
	delay_5us();
	SDA = 1;
	delay_5us();
}

主机检测从机应答

bit Test_ACK()
{
	SCL =  1;	//在时钟总线为高电平期间可以读取应答信号
	delay_5us();
	if (SDA)
	{
		SCL = 0;
		I2C_Stop();
		return(0);
	}
	else
	{
		SCL = 0;
		return(1);
	}
}

主机发送应答

void Master_ACK(bit i)
{
	SCL = 0;
	_nop_();
	if (i)
	{
		SDA = 0;
	}
	else
	{
		SDA = 1;
	}
	_nop_();
	SCL = 1;//数据保持稳定
	_nop_();
	SCL = 0;
	_nop_();
	SDA = 1;
	_nop_();
}

关于SPI总线协议有兴趣可以看看。

参考链接：
[1]: I2C总线规格书和用户手册–NXP
[2]:AT24C02_DataSheet
[3]:清翔电子