I2C通信原理

I2C组成及工作原理
I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。
I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。

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。连到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。
每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。 在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱， I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。

二、IIC总线特征
1.IIC为半双工通信，双工即可以双向通信。只有一根SDA线进行数据传输，即同一时间只可单向通信（485也为半双工，SPI和串口为全双工）。

2.IIC总线上每一个设备都可以作为主设备或者从设备，每一个设备均有一个唯一的地址。主设备通过该地址来确定与哪个从设备进行通信。从设备的地址一般物理接地或拉高来确定。

3.IIC总线的传输速率在标准模式下可达100kbit/s；快速模式下可达400kbit/s；高速模式下可达3.4Mbit/s。可通过IIC总线接口可编程时钟来调整传输速率，传输速率也和所接的上拉电阻的阻值有关。

4.IIC总线的从地址有3种类型，分别为7位、8位和10位。产生多种类型的原因是厂商采用的不同地址约定。不同的寻址方式在下文会详细说明。

7.IIC总线的实现方式有两种，分别是硬件IIC和软件IIC。
软件IIC是程序员使用程序控制SCL和SDA的IO输出控制高低电平，模拟实现IIC协议的时序，该方式较硬件IIC稳定，但程序较为繁琐。
硬件IIC是程序员调用IIC相关的控制函数，不用直接取控制SCL和SDA的高低电平的输出。但是有限单片机的硬件IIC不太稳定，调试问题较多。

三、I2C总线数据传送
1、数据位的有效性规定
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。

2、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。

3、I2C 数据帧格式
I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。
在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。

在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：
a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变。

注：有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。
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。
b、主机在第一个字节后，立即从从机读数据

c、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。