I2C總線上主設(shè)備和從設(shè)備的連接關(guān)系

I2C總線是一種同步、雙向、半雙工的兩線式串行接口總線。這里，半雙工的含義是指在任意給定的時(shí)刻，只有一個(gè)方向上是可以通信的。

I2C總線最早由Philips半導(dǎo)體公司于20世紀(jì)80年代研發(fā)面市。I2C最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為微處理器/微控制器系統(tǒng)與電視機(jī)外圍芯片之間的連接提供簡單的方法。 I2C總線由兩條總線組成：串行時(shí)鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA。 SCL線——負(fù)責(zé)產(chǎn)生同步時(shí)鐘脈沖。 SDA線——負(fù)責(zé)在設(shè)備間傳輸串行數(shù)據(jù)。 I2C總線是共享的總線系統(tǒng)，因此可以將多個(gè)I2C設(shè)備連接到該系統(tǒng)上。連接到I2C總線上的設(shè)備既可以用作主設(shè)備，也可以用作從設(shè)備。 主設(shè)備負(fù)責(zé)控制通信，通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行初始化/終止化，來發(fā)送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生所需的同步時(shí)鐘脈沖。 從設(shè)備則是等待來自主設(shè)備的命令，并響應(yīng)命令接收。主設(shè)備和從設(shè)備都可以作為發(fā)送設(shè)備或接收設(shè)備。無論主設(shè)備是作為發(fā)送設(shè)備還是接收設(shè)備，同步時(shí)鐘信號(hào)都只能由主設(shè)備產(chǎn)生。 在相同的總線上，I2C支持多個(gè)主設(shè)備的同時(shí)存在。圖1-1顯示了I2C總線上主設(shè)備和從設(shè)備的連接關(guān)系。 當(dāng)總線空閑時(shí)，SDA 和SCL 都處于高電平狀態(tài)，當(dāng)主機(jī)要和某個(gè)從機(jī)通訊時(shí)，會(huì)先發(fā)送一個(gè)開始條件，然后發(fā)送從機(jī)地址和讀寫控制位，接下來傳輸數(shù)據(jù)（主機(jī)發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)主機(jī)會(huì)發(fā)送停止條件。傳輸?shù)拿總€(gè)字節(jié)為8 位，高位在前，低位在后。

開始條件：SCL 為高電平時(shí)，主機(jī)將SDA 拉低，表示數(shù)據(jù)傳輸即將開始。

從機(jī)地址：主機(jī)發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)為從機(jī)地址，高7 位為地址，最低位為R/W 讀寫控制位，1 表示讀操作，0 表示寫操作。

一般從機(jī)地址有7 位地址模式和10 位地址模式兩種，如果是10 位地址模式，第一個(gè)字節(jié)的頭7 位是11110XX 的組合，其中最后兩位（XX）是10 位地址的兩個(gè)最高位，第二個(gè)字節(jié)為10 位從機(jī)地址的剩下8 位，如下圖所示：

應(yīng)答信號(hào)：每傳輸完成一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，接收方就需要回復(fù)一個(gè)ACK（acknowledge）。寫數(shù)據(jù)時(shí)由從機(jī)發(fā)送ACK，讀數(shù)據(jù)時(shí)由主機(jī)發(fā)送ACK。當(dāng)主機(jī)讀到最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，可發(fā)送NACK（Notacknowledge）然后跟停止條件。

數(shù)據(jù)：從機(jī)地址發(fā)送完后可能會(huì)發(fā)送一些指令，依從機(jī)而定，然后開始傳輸數(shù)據(jù)，由主機(jī)或者從機(jī)發(fā)送，每個(gè)數(shù)據(jù)為8 位，數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)沒有限制。

重復(fù)開始條件：在一次通信過程中，主機(jī)可能需要和不同的從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)或者需要切換讀寫操作時(shí)，主機(jī)可以再發(fā)送一個(gè)開始條件。

停止條件：在SDA 為低電平時(shí)，主機(jī)將SCL 拉高并保持高電平，然后在將SDA 拉高，表示傳輸結(jié)束。