I2C基本读写过程

目录

 

一、通讯过程基本结构：

写数据

读数据

读和写数据

二、通讯的起始和停止信号

三、数据有效性

四、地址及数据方向

五、响应

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一、通讯过程基本结构：

这些图中表示的是主机和从机通讯中，SDA线的数据包序列。

其中 S 表示由主机的 I2C 接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到 I2C 总线上的所有
从机都会接收到这个信号。

起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来 广播 的从机地址信号
(SLAVE_ADDRESS)。 在 I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一的， 当主机广播的地址与
某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。
根据 I2C 协议，这个从机地址可以是 7 位或 10 位。

在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为 0 时，表示后面的数据传输方向是由主
机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为 1 时，则相反，即主机由从机读数据。

从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，
只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

写数据

若配置的方向传输位为“写数据”方向， 即第一幅图的情况， 广播完地址，接收到应
答信号后， 主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为 8 位，主机每发送完一
个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，
这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不
再传输数据。

读数据

若配置的方向传输位为“读数据”方向， 即第二幅图的情况， 广播完地址，接收到应
答信号后， 从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为 8 位，从机每发送完一个数
据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回 N 个数据，这个 N 也没有
大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自
动停止数据传输。

读和写数据

除了基本的读写， I2C 通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有
两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，
发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它
与 SLAVE_ADDRESS 的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是
说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

二、通讯的起始和停止信号

前文中提到的起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态，见图 23-5。当 SCL 线是高电
平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当 SCL 是高电平时 SDA
线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。

三、数据有效性

I2C 使用 SDA 信号线来传输数据，使用 SCL 信号线进行数据同步。见图 23-6。 SDA
数据线在 SCL 的每个时钟周期传输一位数据。传输时， SCL 为高电平的时候 SDA 表示的
数据有效，即此时的 SDA 为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当 SCL
为低电平时， SDA 的数据无效，一般在这个时候 SDA 进行电平切换，为下一次表示数据
做好准备。

每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。

四、地址及数据方向

I2C 总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过 SDA 信号线发送
设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。 I2C 协议规定设备地址可以是 7 位或 10 位，实
际中 7 位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数
据方向位(R/W)，第 8 位或第 11 位。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时
表示主机向从机写数据。见图 23-7。

读数据方向时，主机会释放对 SDA 信号线的控制，由从机控制 SDA 信号线，主机接
收信号，写数据方向时， SDA 由主机控制，从机接收信号。

五、响应

I2C 的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种
信号。作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后，
若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下
一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接
收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。见图 23-8

传输时主机产生时钟，在第 9 个时钟时，数据发送端会释放 SDA 的控制权，由数据接
收端控制 SDA，若 SDA 为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。