IIC总线架构 之 IIC协议

简介

I2C 是一种串行通信总线，使用一主多从架构，最初设计目的为了让主板、嵌入式系统或手机用来连接低速周边设备。多用于小数据量的场合，有传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。本篇主要介绍IIC协议格式。

本文关键字符意义

IIC硬件连接结构图

IIC硬件连接主要包括IIIC主机、IIC从机、IC总线及上拉电阻。

IIC总线：负责通讯的两条电路线SCL、SDA，电路上都有上拉电阻，即空闲状态下，两条线都保持高电平。通信时，主机按照IIC时序控制SCL和SDA上的高低电平从而产生包含特定数据的IIC时序。

IIC主机：一条总线中一般只会有一个IIC主机，一般为可编程芯片。通过软件编程控制主机连接在IIC总线上的GPIO电平，生成符合IIC总线协议的时序。

IIC从机：具备IIC接口的设备器件（例如AT24C02）。硬件连接好后，等待IIC总线访问。

IIC总线协议

iic时序图.png

空闲状态：由iic硬件连接结构图可知，当IIC总线没有数据传输时，SCL和SDA都保持高电平。

起始信号：总线SCL保持高电平，SDA从高电平降为低电平，即IIC通讯开始。

停止信号：总线SCL保持高电平，SDA从低电平升为高电平，即本轮IIC通讯结束。

IIC约定：

1. 总线上的一帧数据必须由起始信号开始，停止信号结束。
2. 主设备在发送起始信号后，IIC总线就会处于忙状态，无法再被其他IIC器件访问。停止信号产生后，SCL和SDA都会被重新拉高，主从设备释放对IIC总线的控制。
3. IIC通讯期间，必须在SCL处于低电平状态下，SDA才允许电平变化。
4. IIC总线数据是按字节传输的，当总线一端(主机或从机)发出一字节数据后，会拉高SDA并释放对SDA的控制，等待另一端拉低SDA（应答位），当读取到SDA出现低电平，表示应答位出现，此字节传输成功，通讯继续（例外情况：当主设备不需要从机应答时，则不释放对SDA的控制，自行拉高SDA，表示此字节非应答）。
5. IIC总线上所有的IIC从机设备对应一个唯一的地址。起始信号后主机发出的第一个字节前7位表示从机设备地址；最后一位表示读写标志位（也决定下一字节传输方向）：1：向从设备读取数据; 0：向从设备写入数据

IIC总线一帧数据传输

以上基本了解之后，最主要的就是IIC总线上一帧数据的传输格式了。主要有以下三种情况（绿色部分表示IIC设备器件发送的数据）:

普通的数据发送交互（i2c主机传输）:

普通的数据接收交互（i2c主机接收）:

发送接收组合交互（对应i2c传输）：

在发送接收组合交互中，i2c可以在一帧数据中实现读写组合功能，即先写再读或者先读再写功能。在前一个读/写操作完毕后，传输起始位信号代替停止位信号，使交互继续执行。

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