I2C總線上主設備和從設備的連接關系

I2C總線是一種同步、雙向、半雙工的兩線式串行接口總線。這里，半雙工的含義是指在任意給定的時刻，只有一個方向上是可以通信的。

I2C總線最早由Philips半導體公司于20世紀80年代研發(fā)面市。I2C最初的設計目標是為微處理器/微控制器系統(tǒng)與電視機外圍芯片之間的連接提供簡單的方法。 I2C總線由兩條總線組成：串行時鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA。 SCL線——負責產(chǎn)生同步時鐘脈沖。 SDA線——負責在設備間傳輸串行數(shù)據(jù)。 I2C總線是共享的總線系統(tǒng)，因此可以將多個I2C設備連接到該系統(tǒng)上。連接到I2C總線上的設備既可以用作主設備，也可以用作從設備。 主設備負責控制通信，通過對數(shù)據(jù)傳輸進行初始化/終止化，來發(fā)送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生所需的同步時鐘脈沖。 從設備則是等待來自主設備的命令，并響應命令接收。主設備和從設備都可以作為發(fā)送設備或接收設備。無論主設備是作為發(fā)送設備還是接收設備，同步時鐘信號都只能由主設備產(chǎn)生。 在相同的總線上，I2C支持多個主設備的同時存在。圖1-1顯示了I2C總線上主設備和從設備的連接關系。 當總線空閑時，SDA 和SCL 都處于高電平狀態(tài)，當主機要和某個從機通訊時，會先發(fā)送一個開始條件，然后發(fā)送從機地址和讀寫控制位，接下來傳輸數(shù)據(jù)（主機發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)傳輸結束時主機會發(fā)送停止條件。傳輸?shù)拿總€字節(jié)為8 位，高位在前，低位在后。

開始條件：SCL 為高電平時，主機將SDA 拉低，表示數(shù)據(jù)傳輸即將開始。

從機地址：主機發(fā)送的第一個字節(jié)為從機地址，高7 位為地址，最低位為R/W 讀寫控制位，1 表示讀操作，0 表示寫操作。

一般從機地址有7 位地址模式和10 位地址模式兩種，如果是10 位地址模式，第一個字節(jié)的頭7 位是11110XX 的組合，其中最后兩位（XX）是10 位地址的兩個最高位，第二個字節(jié)為10 位從機地址的剩下8 位，如下圖所示：

應答信號：每傳輸完成一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，接收方就需要回復一個ACK（acknowledge）。寫數(shù)據(jù)時由從機發(fā)送ACK，讀數(shù)據(jù)時由主機發(fā)送ACK。當主機讀到最后一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，可發(fā)送NACK（Notacknowledge）然后跟停止條件。

數(shù)據(jù)：從機地址發(fā)送完后可能會發(fā)送一些指令，依從機而定，然后開始傳輸數(shù)據(jù)，由主機或者從機發(fā)送，每個數(shù)據(jù)為8 位，數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)沒有限制。

重復開始條件：在一次通信過程中，主機可能需要和不同的從機傳輸數(shù)據(jù)或者需要切換讀寫操作時，主機可以再發(fā)送一個開始條件。

停止條件：在SDA 為低電平時，主機將SCL 拉高并保持高電平，然后在將SDA 拉高，表示傳輸結束。