I2C通讯协议

1、基本概念

　　主机            初始化发送，产生时钟信号和终止发送的器件

从机             被主机寻址的器件

　 发送器          发送数据到总线的器件

接收器         从总线接收数据的器件

多主机         同时有多于一个主机尝试控制总线 但不破坏报文

仲裁           是一个在有多个主机同时尝试控制总线，但只允许其中一个控制总线并使报文不被破坏的过程

同步           两个或多个器件同步时钟信号的过程

2、硬件结构

每一个I2C总线器件内部的SDA、SCL引脚电路结构都是一样的，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管、输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器。这种电路具有两个特点：

（1）由于 SDA、SCL 为漏极开路结构，借助于外部的上拉电阻实现了信号的“线与”逻辑； 
（2）引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测，检测是否与刚才输出一致。为 “时钟同步”和“总线仲裁”提供硬件基础。

3、时钟同步

如果从机希望主机降低传送速度可以通过将SCL主动拉低延长其低电平时间的方法来通知主机，当主机在准备下一次传送发现SCL的电平被拉低时就进行等待，直至从机完成操作并释放SCL线的控制控制权。这样以来，主机实际上受到从机的时钟同步控制。可见SCL线上的低电平是由时钟低电平最长的器件决定；高电平的时间由高电平时间最短的器件决定。这就是时钟同步，它解决了I2C总线的速度同步问题。

4、主机发送数据流程

（1）主机在检测到总线为“空闲状态”（即 SDA、SCL 线均为高电平）时，发送一个启动信号“S”，开始一次通信的开始

（2）主机接着发送一个命令字节。该字节由 7 位的外围器件地址（设备地址）和 1 位读写控制位 R/W组成（此时 R/W=0）

通常最低一位就是R/W位，，“0”表示写，“1”表示读（通常读写信号中写上面有一横线，表示低电平）

（3）相对应的从机收到命令字节后向主机回馈应答信号 ACK（ACK=0）

（4）主机收到从机的应答信号后开始发送第一个字节的数据

（5）从机收到数据后返回一个应答信号 ACK

（6）主机收到应答信号后再发送下一个数据字节

（7）当主机发送最后一个数据字节并收到从机的 ACK 后，通过向从机发送一个停止信号P结束本次通信并释放总线。从机收到P信号后也退出与主机之间的通信。

注意：主机所接收数据的数量是由主机自身决定，当发送“非应答信号/A”时从机便结束传送并释放总线（非应答信号的两个作用：前一个数据接收成功，停止从机的再次发送）。

I2C位传输
   数据传输：SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit；
   若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束（后面讲）
   数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit

I2C开始和结束信号
   开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
   结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

另外I2C的通信速率为100Kb，快速为400Kb