1. 簡(jiǎn)介

??????I2C (Inter-Integrated Circuit），是一種串行通信總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主控制器和從器件間的主從雙向通信，是一種同步半雙工通信(兩端時(shí)鐘頻率一致，雙向通信，但不能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā))。

2. 原理

??????I2C通信屬于串行通信，具有兩根串行信號(hào)線：數(shù)據(jù)線(SDA)，時(shí)鐘線(SCL)。如下圖所示，主控制器與從器件（一個(gè)或多個(gè)）都通過(guò)兩根信號(hào)線連接，信號(hào)線上主機(jī)和從機(jī)都可以扮演發(fā)送器和接收器的角色。為確保傳輸過(guò)程的指向準(zhǔn)確性，每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址（7位從器件專用地址碼），可實(shí)現(xiàn)制定從機(jī)的定向傳輸與群發(fā)傳輸。

2.1 信號(hào)類型

??????同時(shí)，為確保傳輸穩(wěn)定，所有連接在同一I2C總線上的設(shè)備共用一個(gè)時(shí)鐘。I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有以下幾種類型信號(hào)：
(1) 開始信號(hào)/結(jié)束信號(hào)

• SCL 為高電平時(shí)，SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。
• SCL 為高電平時(shí)，SDA 由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。
  

(2) 應(yīng)答信號(hào)/非應(yīng)答信號(hào)

• IIC 總線協(xié)議規(guī)定，每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后（8bit），都要有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)以確定數(shù)據(jù)傳送是否被對(duì)方收到。即一個(gè)字節(jié)傳輸?shù)?個(gè)時(shí)鐘過(guò)后的第9個(gè)時(shí)鐘期間，接收器必須回一個(gè)ACK應(yīng)答信號(hào)給發(fā)送器，這樣才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
• 應(yīng)答信號(hào)由接受設(shè)備產(chǎn)生，在SCL為高電平期間，接受設(shè)備將SDA拉低為低電平，表示數(shù)據(jù)傳輸正確，產(chǎn)生應(yīng)答（ACK），SDA拉高則表示數(shù)據(jù)傳輸失敗，產(chǎn)生非應(yīng)答位（NACK）。
  

(3) 閑置狀態(tài)/被占用狀態(tài)

• 在主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)后，且未發(fā)送終止信號(hào)期間，總線處于被占用狀態(tài)。
• 發(fā)送終止信號(hào)后，總線處于閑置狀態(tài)，SCL與SDA同時(shí)為高電平。
  

2.2 總線讀寫流程

??????I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，SCL時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。 當(dāng)一個(gè)字節(jié)按數(shù)據(jù)位從高位到低位的順序傳輸完后，緊接著從機(jī)將拉低SDA線，回傳給主設(shè)備一個(gè)應(yīng)答位ACK， 此時(shí)才認(rèn)為一個(gè)字節(jié)真正的被傳輸完成 ，如果一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，則自動(dòng)認(rèn)為從機(jī)已正確接收到數(shù)據(jù)。
I2c總線寫通信過(guò)程：

• 主機(jī)在檢測(cè)到總線空閑的狀況下，首先發(fā)送一個(gè)START信號(hào)掌管總線；
• 發(fā)送一個(gè)地址字節(jié)(8 bit)，其中bit0-6位為從機(jī)地址，存放從機(jī)唯一地址；bit7位為讀寫位(R/W)，0表示write主機(jī) ->從機(jī)，1表示read 從機(jī)->主機(jī)；
• 主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上每個(gè)從機(jī)都會(huì)將7位地址與自己的地址進(jìn)行比較，若相同，則將匹配成功，發(fā)送應(yīng)答信號(hào)（ACK），確定發(fā)送器和接收器；
• 主機(jī)收到ACK后開始發(fā)送第一個(gè)字節(jié)（Command），對(duì)應(yīng)從機(jī)中要寫入的寄存器；
• 從機(jī)接收到Command后，從機(jī)發(fā)送ACK；
• 主機(jī)收到ACK后開始發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)：bit0-7（8bit數(shù)據(jù)，高到低），從機(jī)收到數(shù)據(jù)后，發(fā)送應(yīng)答ACK；
• 繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，n幀；
• 主控發(fā)送完全部數(shù)據(jù)后，發(fā)送一個(gè)停止位STOP，結(jié)束整個(gè)通訊并且釋放總線；
  *ps 叢機(jī)尋址方式除了常規(guī)的7位尋址外，還有10位尋址方式，通過(guò)兩個(gè)字節(jié)發(fā)送，并在第一個(gè)字節(jié)高位添加固定標(biāo)志數(shù)據(jù)以坐區(qū)分尋址方式。
  
  I2c總線讀通信過(guò)程：

主機(jī)產(chǎn)生START信號(hào)，隨后發(fā)送從機(jī)地址(7bit)+0(Write)；
*方向仍然是寫，待接收到從機(jī)發(fā)送的ACK應(yīng)答后，配對(duì)成功。

主機(jī)接收到ACK后，發(fā)送8bit內(nèi)存地址(Command對(duì)應(yīng)從機(jī)相應(yīng)寄存器地址)，從機(jī)接收到后，內(nèi)部尋址并提取數(shù)據(jù)，返回ACK；

主機(jī)接收到ACK后，重新產(chǎn)生START信號(hào)，再一次發(fā)送從機(jī)內(nèi)存地址，(7bit)+1(Read)，從機(jī)接收到后返回ACK；
*方向設(shè)置為讀，主機(jī)設(shè)置為接收模式

主機(jī)接收到ACK后，做好接收從機(jī)信息的準(zhǔn)備，現(xiàn)在即可接收1bit的數(shù)據(jù)。
*主機(jī)不向從機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，接收完畢后直接發(fā)起終止信號(hào)。

主機(jī)接收全部數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生STOP信號(hào)，終止通信，總線變?yōu)殚e置狀態(tài)。

3. 應(yīng)用實(shí)例：I2C控制溫感IC

以溫度傳感器MAX1617A為例，對(duì)照手冊(cè)可查找到以下數(shù)據(jù)：

• Command 寄存器對(duì)照表如下，可根據(jù)Command表查找從機(jī)對(duì)應(yīng)寄存器地址。
  

• 溫度數(shù)據(jù)返回格式如下所示：

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，我們即可有思路，對(duì)照寫入讀寫過(guò)程：

• 寫入時(shí)，輸入Command 使用： 0x0B,0x0C 寫入溫度上限與下限值；
• 讀取時(shí)，輸入Command使用：0x00，0x05,0x06 讀當(dāng)前溫度，與前面設(shè)置的溫度上限與下限值；

邏輯分析儀數(shù)據(jù)采樣如下所示：

• 寫入過(guò)程：
  
  0x30為 從機(jī)地址0x18<<1 + 讀寫位（0）；
  0x0B為 Command，對(duì)應(yīng)從機(jī)寄存器存放地址；
  0x00位 將寫入的數(shù)據(jù)；
  波形如下所示：
  
  
  
• 讀取過(guò)程：

讀當(dāng)前溫度

讀過(guò)程中，方向先為寫入，后為讀取
0x31，為 從機(jī)地址0x18<<1 + 讀寫位（1）；
0x1A，為返回溫度值，換算得到正好是小編當(dāng)前溫度26度。

讀溫度上限：

??????
??????

??????

3.讀溫度下限：
??????
??????

??????

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的I2C总线协议的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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