I2C协议

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提示：本文参考野火视频，做学习记录。

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一、什么是I2C？

  I2C通过协议（Inter-Integrated Circuit）由phillips公司开发的，引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通信协议的外部收发设备，被广泛使用在系统内多个集成电路（IC）间的通信。如下图所示：

  I2C分为物理层与协议层：

二、物理层与协议层

1.物理层

（1）I2C总线：

  I2C总线由串行数据总线（SDA）与串行时钟总线（CLK）组成。数据线用于传输数据，时钟线用于数据收发同步。

（2）从地址：

  每个连接到总线的设备都有一个独立的地址（从地址7位，与读写位组成一个字节，通常表示为8位的读地址与8位的写地址），主机利用不同的地址进行不同的设备通信。

（2）三种传输模式:

            标准模式：100kbit/s
            快速模式：400kbit/s
            高速模式：3.4Mbit/s
  总线上通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态；而当所有的设备都空闲时，所有的设备都会输出高阻态，由上拉电阻把总线拉到高电平。通过识别总线的是否为高电平就能识别到总线是否有无通信。

2、协议层

（1）基本读写过程（下图为数据写入图）：

     S：起始信号                      P:停止信号
     SLAVE_ADDRESS：设备从地址（挂载的从机地址）    DATA:：传输的数据
     A:应答信号（ACK）                   A非：:非应答信号(NACK)
     R：读标志位（”0“写入）                W:写入标志位（“1”读数据）
  主机发送S（起始信号）+SLAVE_ADDRESS(从地址)+R/W操作对用的从机，当为写入时数据传输方向为主机到从机，每次数据接收完成之后，从机必须必须回一个ACK或者NACK，数据完全发送完毕之后从机回NACK，告诉主机数据已经发送完毕，主机发送停止信号P结束通信。 当为读数据时，从机发送数据后必须回一个ACK或者NAC告诉主机数据是否发送完毕，当主机收到NACK主机就知道从机所有数据发送完毕，这是主机在发送停止信号P来停止通信。

（2）复合模式：

  复合模式与基本读写模式基本相同，当从地址回复NACK告诉主机数据已经发送完毕时，主机不是发送停止信号而是发送 重复起始信号Sr开始一段新的数据传输。

（3）通信的起始信号与停止信号：

  当SCL线是高电平时SDA线从高电平向低电平切换——表示通信的开始（其实信号）。
  当SCL线是高电平时SDA线从低电平向高电平切换——表示通信的结束（停止信号）。
  停止信号与起始信号一般由主机产生。

（4）可挂载的从设备数量：

  有IIC地址决定，8位地址，减去1位广播地址，是7位地址，2^7=128，但是地址0x00不用，那就是127个地址， 所以理论上可以挂127个从器件。