I2C通信

借鉴：https://blog.csdn.net/qq_29344757/article/details/76520378

1. 物理层

        I2C通讯系统接线图如下：

    

        SCL总线：控制线

        SDA总线：数据线

        (1) 在I2C通讯总线上，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机和多个通讯从机

        (2) I2C通讯只需要两条双向总线：串行数据线(SDA)，串行时钟线(SCL)。数据线用于传输数据，时钟线用于同步数据收发

        (3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机正是利用该地址对设备进行访问

        (4) SDA和SCL总线都需要接上上拉电阻，当总线空闲时，两根线均为高电平。连接到总线上的任意器件输出低电平都会将总线信号拉低。即各器件的SDA和SCL都是线与的关系

        (5) 多个主机同时使用总线时，需要用仲裁方式决定哪个设备占用总线，不然数据将会产生冲突

        (6) 串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbps，快速模式下可达400kbps，高速模式下可达3.4Mbps(目前大多数I2C设备还不支持高速)

2. 协议层

        协议层规约了通讯的起始、停止信号，数据有效性、响应、冲裁同步、地址广播等。

        在SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平转换表是起始信号

2.1 通讯的起始信号/结束信号
        在SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平转换表是结束信号。

    起始/结束信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在结束信号产生后，总线就处于空闲状态。

需要注意的两点：

        (1) 接收器件接收到一个完整的数据字节后，可能需要完成一些其他工作，如处理内部接收中断服务函数等，这就无法立即接收下一字节的数据，这时接收器件可将SCL线拉成低电平，从而使得主机处于等待状态。直至接收器件准备好接收下一字节数据时再释放SCL线使之为高电平。

        (2) 连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线控制器那么很硬件会自动检测到起始、结束信号，而对于不具备I2C总线控制器的器件(单片机)来说，需要在每个时钟周期内保证对数据线SDA采样两次，捕获是否接收到起始/结束信号。

2.2 数据传输

        （1）通过每个设备上的地址，进行数据信号的处理。

         （2）结束由主机发送信号，若需要继续新的数据传输，则不产生结束信号，而是发送起始信号对另一从机地址寻址

         （3）写数据方向，主机-->从机，数据包为8位，等待从机应答信号（ACK），多字节，重复此操作，最后主机发送停止信号结束。

          （4）读数据方向，从机-->主机，数据包为8位，等待从机应答信号（ACK），多字节，重复此操作，若为NACK，则数据传输结束。

          （5）实际I2C通讯采用的是读写复合的格式。传输过程中主机需要发出2次起始信号：第一次传输主机通过从机地址找到从机设备，发送一段数据，这个数据是从设备内部寄存器或者存储器地址；第二次传输是对该地址进行读/写。主机要读取从机数据时，主机会释放对SDA总线的控制，由从机控制SDA总线，主机负责接收信号；主机要向从机设备写数据时，SDA由主机控制，从机负责接收信号。