学习单片机入门你需要了解的知识之通信协议I2C总线

I2C是由飞利浦公司在80年代设计的一种串行通讯总线，使用多组从构架，主要运用于系统中主芯片和传感器、EEPROM等周边设备组件之间的通信。

I2C总线上的所有设备都存在主从关系，支持多个主设备在线，而且支持仲裁和冲突检测。

I2C总线支持最大的从机数理论上是127个，每个设备都只有一个唯一的地址，以便于主设备选择对应的设备进行通信。

I2C协议仅需要SCL和SDA两条线。

SCL是串行时钟线的缩写，同步时钟由主设备产生，负责传输时钟信号。

SDA是串行数据线的缩写，用于传输数据信号。

由于两条数据线都是开漏输出，所以在通讯时是需要接上拉电阻的。通常在标准模式100KBPS使用10K的上拉电阻，在快速模式400KBPS使用2K的上拉电阻。I2C总线还有高速模式3.4MBPS和超快速模式5MBPS可以选择。

主设备和重设备进行数据传输时需要遵循相应的数据结构序列。

第一部分是开始信号，在主设备发送开始条件信号之后，所有从机即使处于睡眠模式也将会变为活动状态并等待接收地址位。

第二部分是地址位和读写位，通常地址位占七位数据，主设备需要发送对应的从机地址，匹配总线上挂载的从机。I2C还支持十位寻址，读写位已经指定了数据的传输方向。

第三部分为应答位，主机每次发送完数据之后都会等待从设备的应答信号ACK。

第四部分为内部寄存器的地址或者从设备的指令数据。

第五部分就是发送的数据块。

最后是停止位。

接下来我们就从时序表来看一下I2C协议，开始信号发生的条件是SCL为高电平的时候，SDA由高电平向低电平跳变，在此之后，SDA开始随着SCL的时钟发送设备地址数据，8bit的数据中包含了七位设备地址数据和读学位数据。

对于读写位而言，如果主设备发送到从设备则为0，如果反过来从设备发送到主设备则为1，紧接着就是应答位，这个数据在第9个时钟信号周期表达。

如果从设备发送应答信号ACK，那么SDA会被拉低，如果没有应答信号，则表示从设备没有收到之前的地址数据，SDA会输出为高电平。

引起NACK的原因比较多，比如主设备发送了错误的地址数据，或者从设备正忙无法应答等，相应的主设备会根据对应的情况选择重新发送或者停止。

如果主设备收到应答信号之后，则会发送同设备的内部寄存器的地址信息，比如我们想要读取ADSL345加速度传感器X轴的数据，ADSL的设备地址为0x53，X轴数据的内部寄存器地址为0x32，相应的主设备配对道从设备地址之后需要访问ADSL内部寄存器地址0x32才能读取到X轴的数据信息。

在每次发送完之后会紧跟着一个应答位，如果接收器成功接收到数据，则设置为0，否则保持逻辑1，之后就是八位的数据帧和对应的应答为，最后是结束为，结束条件是SCL为高电平的时候，SD A就会由低电平向高电平跳变。

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