i2c协议
描写梅花的诗-氧化钴
2023年2月21日发(作者：大规模集成电路)(完整版)I2C总线协议及工作原理
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I2C总线协议及工作原理
一、概括
1、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。
SCL：上涨沿将数据输入到每个EEPROM器件中；降落沿驱动EEPROM器件输出数据。(边缘触
发)
SDA：双向数据线，为OD门，与其余随意数目的OD与OC门成"线与"关系。
I2C总线经过上拉电阻接正电源。当总线安闲时，两根线均为高电平（SDL=1;SCL=1）。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。
2、主设施与从设施
系统中的全部外头器件都拥有一个7位的"从器件专用地点码"，此中高4位为器件种类，由生
产厂家拟订，低3位为器件引脚定义地点，由使用者定义。主控器件经过地点码成立多机通讯的
体制，所以I2C总线省去了外头器件的片选线，这样不论总线上挂接多少个器件，
其系统仍旧为简洁的二线构造。终端挂载在总线上，有主端和从端之分，主端一定是带有
CPU的逻辑模块，在同一总线上同一时辰使能有一个主端，能够有多个从端，从端的数目
受地点空间和总线的最大电容400pF的限制。
主端主要用来驱动SCLline；
从设施对主设施产生响应；
两者都能够传输数据，可是从设施不可以倡始传输，且传输是遇到主设施控制的。
二、协议
1.安闲状态
I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平常，规定为总线的安闲状态。
此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即开释总线，由两条信号线各自的上拉电
阻把电平拉高。
2.开端位与停止位的定义：
开端信号：当SCL为高时期，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信
号，而不是一个电平信号。
停止信号：当SCL为高时期，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序
信号，而不是一个电平信号。
开端和停止信号都是由主机发出的，在开端信号产生后，总线就处于被占用
的状态；在停止信号产生后，总线就处于安闲状态。
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接收器件收到一个完好的数据字节后，有可能需要达成一些其余工作，如办理内部中止
服务等，可能没法马上接收下一个字节，这时接收器件能够将SCL线拉成低电平，进而使主
机处于等候状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再开释SCL线使之为高电平，从
而使数据传递能够连续进行。
发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9时期开释数据线，由接收器反应一个应答信号。应
答信号为低电平常，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字
节；应答信号为高电平常，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。
关于反应有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲以前的低电平时期将SDA线拉低，
而且保证在该时钟的高电平时期为稳固的低电平。假如接收器是主控器，则在它收到最后一个字节
后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并开释SDA线，以便主控接收器发
送一个停止信号P。
以下列图逻辑剖析仪的采样结果：开释总线后，假如没有应答信号，sda应当向来连续为
高电平，可是如图中蓝色虚线部分所示，它被拉低为低电平，证明收到了应答信号。
这里面给我们的两个信息是：1)接收器在SCL的上涨沿到来以前的低电平时期拉低SDA；
2)应答信号向来保持到SCL的降落沿结束；正如前文红色表记所指出的那样。
4.数据的有效性：
I2C总线进行数据传递时，时钟信号为高电平时期，数据线上的数据一定保持稳固，只有在
时钟线上的信号为低电平时期，数据线上的高电平或低电平状态才同意变化。
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5.数据的传递：
在I2C总线上传递的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL
串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传递每一位数据。数据位的传输是边缘触发。
工作过程
总线上的全部通讯都是由主控器引起的。在一次通讯中，主控器与被控器老是在饰演着
两种不一样的角色。
1.主设施向从设施发送数据
主设施发送开端位，这会通知总线上的全部设施传输开始了，接下来主机发送设施地点，
与这一地点般配的slave将连续这一传输过程，而其余slave将会忽视接下来的传输并等候下一
次传输的开始。主设施寻址到从设施后，发送它所要读取或写入的从设施的内部存放器地点；
以后，发送数据。数据发送完成后，发送停止位。（这段看不懂就别看了，没什么用）
写入过程以下：
发送开端位
1）发送从设施的地点和读/写选择位；开释总线，等到EEPROM拉低总线进行应答；
假如EEPROM接收成功，则进行应答；若没有握手成功或许发送的数据错误时EEPROM不
产生应答，此时要求重发或许停止。
2）发送想要写入的内部存放器地点；EEPROM对其发出应答；
3）发送数据
4）发送停止位.
5）EEPROM收到停止信号后，进入到一个内部的写入周期，大体需要10ms，此间任
何操作都不会被EEPROM响应
详尽：
需要说明的是：①主控器经过发送地点码与对应的被控器成立了通讯关系，而挂接在总
线上的其余被控器固然同时也收到了地点码，但因为与其自己的地点不相切合，所以提早退
出与主控器的通讯；
2.主控器读取数据的过程：
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读的过程比较复杂，在从slave读出数据前，你一定先要告诉它哪个内部存放器是你想
要读取的，所以一定先对其进行写入(dummywrite)：
1）发送开端位；
2）发送slave地点+writebitset；
3)发送内部存放器地点；
4)从头发送开端位，即restart；
5)从头发送slave地点+readbitset；
6)读取数据
主机接收器在接收到最后一个字节后，也不会发出ACK信号。于是，从机发送器开释
SDA线，以同意主机发出P信号结束传输。
7)发送停止位
详尽：
2、数据传递格式
（1）字节传递与应答
每一个字节一定保证是8位长度。数据传递时，先传递最高位（MSB），每一个被传
送的字节后边都一定跟从一位应答位（即一帧共有9位）。
因为某种原由从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行及时性的办理工作而没法
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接收总线上的数据），它一定将数据线置于高电平，而由主机产生一个停止信号以结束总线的
数据传递。
假如从机对主机进行了应答，但在数据传递一段时间后没法连续接收更多的数据时，从
机能够经过对没法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出停止信号以
结束数据的连续传递。
当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，一定向从机发出一个结束传递的信号。
这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。而后，从机开释SDA线，以同意主机产生终
止信号。
（2）数据帧格式
I2C总线上传递的数据信号是广义的，既包含地点信号，又包含真实的数据信号。
在开端信号后一定传递一个从机的地点（7位），第8位是数据的传递方向位（R/），
用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传递老是由主
机产生的停止信号结束。可是，若主机希望连续占用总线进行新的数据传递，则能够不产生
停止信号，马上再次发出开端信号对另一从机进行寻址。
在总线的一次数据传递过程中，能够有以下几种组合方式：
a、主机向从机发送数据，数据传递方向在整个传递过程中不变：
注：有暗影部分表示数据由主机向从机传递，无暗影部分则表示数据由从机向主机传递。
A表示应答，表示非应答（高电平）。S表示开端信号，P表示停止信号。
b、主机在第一个字节后，马上由从机读数据
c、在传递过程中，当需要改变传递方向时，开端信号和从机地点都被重复产生一
次，但两次读/写方向位正好反相。
6、总线的寻址
I2C总线协议有明确的规定：采纳7位的寻址字节（寻址字节是开端信号后的第一个字
节）。
（1）寻址字节的位定义
D7～D1位构成从机的地点。D0位是数据传递方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，为
“1”时表示主机由从机读数据。
主机发送地点时，总线上的每个从机都将这7位地点码与自己的地点进行比较，假如相同，
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则以为自己正被主机寻址，依据R/位将自己确立为发送器或接收器。
从机的地点由固定部分和可编程部分构成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从
机地点中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4
位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个相同的器件，即能够有8个相同的器件接入到该
I2C总线系统中。
（2）寻址字节中的特别地点
固定地点编号0000和1111已被保存作为特别用途。
开端信号后的第一字节的8位为“00000000”时，称为通用呼喊地点。通用呼喊地点的
意图在第二字节中加以说明。格式为：
第二字节为06H（0110）时，全部能响应通用呼喊地点的从机器件复位，并由硬件装
入从机地点的可编程部分。能响应命令的从机器件复位时不拉低SDA和SCL线，免得拥塞
总线。
第二字节为04H（0100）时，全部能响应通用呼喊地点并经过硬件来定义其可编程地点
的从机器件将锁定地点中的可编程位，但不进行复位。
假如第二字节的方向位B为“1”，则这两个字节命令称为硬件通用呼喊命令。
在这第二字节的高7位说明自己的地点。接在总线上的智能器件，如单片机或其余微处
理器能辨别这个地点，并与之传递数据。硬件主器件作为从机使用时，也用这个地点作为从
机地点。格式为：
在系统中另一种选择可能是系统复位时硬件主机器件工作在从机接收器方式，这时由系统
中的主机先告诉硬件主机器件数据应送往的从机器件地点，当硬件主机器件要发送数据时就能够
直接向指定从机器件发送数据了。
（3）开端字节
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开端字节是供应给没有I2C总线接口的单片机查问I2C总线时使用的特别字节。
不具备I2C总线接口的单片机，则一定经过软件不停地检测总线，以便及时地响应总线
的恳求。单片机的速度与硬件接口器件的速度就出现了较大的差异，为此，I2C总线上的数
据传递要由一个较长的开端过程加以指引。
指引过程由开端信号、开端字节、应答位、重复开端信号（Sr）构成。
恳求接见总线的主机发出开端信号后，发送开端字节（00000001），另一个单片机可
以用一个比较低的速率采样SDA线，直到检测到开端字节中的7个“0”中的一个为止。在
检测到SDA线上的高电平后，单片机就能够用较高的采样速率，以便找寻作为同步信号使
用的第二个开端信号Sr。
在开端信号后的应答时钟脉冲只是是为了和总线所使用的格式一致，其实不要求器件在这
个脉冲时期作应答。
总线数据传递的模拟