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I2C總線是由Philips公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線(一根數(shù)據(jù)線SDA,一根時鐘線SCL)即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。

在I2C總線中, 各部分器件如下:

主機初始化發(fā)送，產(chǎn)生時鐘信號和終止發(fā)送的器件

從器件被主機尋址的器件

發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件

接收器從總線接收數(shù)據(jù)的器件

多主機同時有多于一個主機嘗試控制總線但不破壞報文

仲裁是一個在有多個主機同時嘗試控制總線，但只允許其中一個控制總線并使報文不被破壞的過程

同步兩個或多個器件同步時鐘信號的過程

主機用于啟動總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件.在總線上主和從、發(fā)和收的關(guān)系不是恒定的，而取決于此時數(shù)據(jù)傳送方向。如果主機要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機首先尋址從器件，然后主動發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機終止數(shù)據(jù)傳送;如果主機要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主機尋址從器件.然后主機接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機終止接收過程。在這種情況下.主機負責產(chǎn)生定時時鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。

I2C協(xié)議有如下幾個特點:

1.在硬件上，I2C總線只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時鐘線兩根線，總線接口已經(jīng)集成在芯片內(nèi)部，不需要特殊的接口電路，而且片上接口電路的濾波器可以濾去總線數(shù)據(jù)上的毛刺.因此I2C總線簡化了硬件電路PCB布線，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。因為I2C芯片除了這兩根線和少量中斷線，與系統(tǒng)再沒有連接的線，用戶常用I2C可以很容易形成標準化和模塊化，便于重復(fù)利用。

2.發(fā)送到SDA 線上的每個字節(jié)必須為8 位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制。每個字節(jié)后必須跟一個響應(yīng)位。首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最高位(MSB)，如果從機要完成一些其他功能后(例如一個內(nèi)部中斷服務(wù)程序)才能接收或發(fā)送下一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，可以使時鐘線SCL 保持低電平，迫使主機進入等待狀態(tài)，當從機準備好接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放時鐘線SCL 后數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。

3. I2C總線是一個真正的多主機總線，如果兩個或多個主機同時初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)破壞，每個連接到總線上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作為主機也可以作為從機，但同一時刻只允許有一個主機。數(shù)據(jù)傳輸和地址設(shè)定由軟件設(shè)定，非常靈活。總線上的器件增加和刪除不影響其他器件正常工作。

4. I2C總線上的每一個設(shè)備都可以作為主設(shè)備或者從設(shè)備，而且每一個設(shè)備都會對應(yīng)一個唯一的地址(可以從I2C器件的數(shù)據(jù)手冊得知)，主從設(shè)備之間就通過這個地址來確定與哪個器件進行通信，在通常的應(yīng)用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作為主設(shè)備，把掛接在總線上的其他設(shè)備都作為從設(shè)備。

I2C協(xié)議規(guī)定，總線上數(shù)據(jù)的傳輸必須以一個起始信號作為開始條件，以一個結(jié)束信號作為傳輸?shù)耐Ｖ箺l件。起始和結(jié)束信號總是由主設(shè)備產(chǎn)生�？偩�在空閑狀態(tài)時，SCL和SDA都保持著高電平，當SCL為高電平而SDA由高到低的跳變，表示產(chǎn)生一個起始條件;當SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產(chǎn)生一個停止條件。在起始條件產(chǎn)生后，總線處于忙狀態(tài)，由本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲝脑O(shè)備獨占，其他I2C器件無法訪問總線;而在停止條件產(chǎn)生后，本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲝脑O(shè)備將釋放總線，總線再次處于空閑狀態(tài)。

I2C的通訊都由主機發(fā)起，clk為高電平時，sda從高到低; 從器件發(fā)現(xiàn)這樣一組信號，就認為主機要開始操作自己了，做好接收的準備工作。主機發(fā)送了開始位后，把clk拉低，只有clk拉低，sda才可以做高低變化; 當clk被拉高時，從器件就會去讀取sda的高低電平值;clk再次被拉低時，從器件認為此位已讀取完畢，認為是有效位，等待clk再次拉高，讀取下一位。

主機發(fā)送完8位后，第9位是校驗位，讀取到低電平為有效;主設(shè)備把clk拉低，sdaio換成輸入模式(上拉電阻，默認高電平)讀取第9位，clk再次拉高，讀取從設(shè)備發(fā)來的校驗位。

如圖所示時序圖

對I2C總線的操作實際就是主從設(shè)備之間的讀寫操作。大致可分為以下三種操作情況：

第一種，主設(shè)備往從設(shè)備中寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：

第二種，主設(shè)備從從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：

第三種，主設(shè)備往從設(shè)備中寫數(shù)據(jù)，然后重啟起始條件，緊接著從從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù);或者是主設(shè)備從從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)，然后重啟起始條件，緊接著主設(shè)備往從設(shè)備中寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：

第三種操作在單個主設(shè)備系統(tǒng)中，重復(fù)的開啟起始條件機制要比用STOP終止傳輸后又再次開啟總線更有效率。