物理层

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  1. 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
  2. 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。
  3. 数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
  4. 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之 间的访问。
  5. 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
  6. 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
  7. 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。
标准模式 传输速率为 100kbit/s
快速模式 为 400kbit/s
高速模式 可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。

协议层

IIC - 图2| image.png | 代表 主机传输到从机 | | :—-: | —- | | image.png | 代表 从机传输到 主机 | | S | 传输开始信号 | | R/W | 传输方向选择位，1 为读，0 为写 | | image.png | 应答(ACK)或非应答(NACK)信号 | | P | 停止传输信号 | | SLAVE_ADDRESS | 从机地址 |

通讯起始信号和停止信号

  • 起始信号：
    • 当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。
  • 停止信号：
    • 当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

起始和停止信号一般由主机产生

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数据有效性

SDA 数据线在 SCL 的每个时钟周期传输一位数据。

  • 有效数据
    • 传输时，SCL 为高电平的时候 SDA 表示的数据有效，即此时的 SDA 为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。
  • 无效数据
    • 当 SCL 为低电平时，SDA 的数据无效，一般在这个时候 SDA 进行电平切换，为下一次表示数据 做好准备。

      地址及数据方向

      I2C 总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过 SDA 信号线发送 设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。

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设备地址：第7位或10位，一般使用7位地址。
数据方向：第8位或11位，位为“1”时表示主机由从机读数据，位为“0”时表示主机向从机写数据
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响应

I2C 的数据和地址传输都带响应。
响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。

  • ACK
    • 作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后， 若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下 一个数据；
  • NACK
    • 若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。

传输时主机产生时钟，在第 9 个时钟时，数据发送端会释放 SDA 的控制权，由数据接 收端控制 SDA，若 SDA 为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。
IIC
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