#IIC 通信协议

IIC简介

I2C 通讯协议 (Inter － Integrated Circuit) 是由 Phiilps 公司开发的

物理层

它的物理层有如下特点：
(1) 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线 (SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
(3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
(4) 总线通过上拉电阻接到电源。当== I2C 设备空闲时，会输出高阻态==，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
(5) 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
(6) 具有三种传输模式：标准模式传输速率为== 100kbit/s== ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。
(7) 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容== 400pF== 限制。

协议层

I2C 的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节

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 §，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。但是还是得有停止信号

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

起始信号

当 SCL 线是高电平时 SDA线从高电平向低电平切换

停止信号

当 SCL 线是高电平时 SDA线从低电平向高电平切换

数据有效性

SCL 高数据有效，SCL低数据交换

ACK NACK

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)。