I2C通信协议

简介

I2C（Inter IC Bus）是由Philips公司开发的一种通用数据总线，由两根通信线：SCL（Serial Clock）和SDA（Serial Data）组成。是一种同步、半双工带数据应答的通信协议，支持总线上挂载多个设备，可实现一主多从和多主多从。下面从硬件电路，时序基本单元，时序等方面来了解I2C通信协议的工作原理。

硬件电路

这是I2C的接线图，所有设备的SDA接一起，SCL接一起，设备的SCL和SDA都配置成开漏输出模式，SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右。

配置成开漏输出模式可以解决总线冲突，I2C是多主设备和多从设备共用一条总线的，如果一个设备想将总线拉高，一个设备想将总线拉低，那么就发生了冲突，还有可能导致设备损坏。开漏输出加上拉电阻很好的解决了这个问题，开漏输出输出低电平才有驱动能力，输出高电平是高阻态的，总线要处于高电平，只能通过上拉电阻来实现。只要有一个设备输出了低电平，总线就是低电平，只有所有设备都输出高电平，总线才处于高电平。

时序基本单元

起始条件

SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平。

终止条件

SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平。

当从机捕获到这个SCL高电平，SDA下降沿信号时，就会进行自身的复位，等待主机的召唤。
然后在SDA下降沿之后，主机要再把SCL拉低，一方面是占用这个总线，另一方面是为了方便这些基本单元的拼接，就是之后除了起始和终止条件，每个时序单元的SCL都是以高电平开始，低电平结束。
起始和终止都是由主机产生的，在总线空闲状态时，从机不允许主动去操作总线。

发送一个字节

SCL低电平期间（开始条件后主机会把SCL拉低），主机将数据的最高位放到SDA线上，然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节。

接收一个字节

SCL低电平期间，从机将数据的最高位放到SDA线上，然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

发送应答

主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

接收应答

主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

时序

指定地址写

对于指定从机地址为1101000的设备，在其内部0x19地址的寄存器中，写入0xAA这个数据

指定地址读

起始-指定设备地址(1101000)-写入-寄存器地址(0001100)-重新启动-指定设备地址(1101000)-读-数据(10101010)