嵌入式開發(fā)中I2C協(xié)議詳解

I2C協(xié)議中最重要的一點是I2C地址。這個地址有7位和10位兩種形式。7位能夠表示127個地址，而在實際使用中基本上不會掛載如此多的設(shè)置，所以很多設(shè)備的地址都采用7位，所以本文接下來的說明都是基于此。I2C還有一個很重要的概念，就是“主—從”。對于從設(shè)備來說，它是啥都不干的，更不會自動發(fā)送數(shù)據(jù)；而主設(shè)備，則是起到控制作用，一切都是從它開始。

除了GND以外，I2C有兩根線，分別是SDA和SCL，所有的設(shè)備都是接到這兩根線上。那么，這些設(shè)備如何知道數(shù)據(jù)是發(fā)送給它們呢？這就得依靠前面所說到的地址了。設(shè)備I2C的地址是固定的，比如0x50，0x60等等。因為只能有127個地址，地址沖突是很常見的，所以一般設(shè)備都會有一個地址選擇PIN，比如拉高時候為0x50，接地為0x60。如果無論拉高還是接地，都和別的芯片有沖突，那該怎么辦呢？答案是：涼拌，沒辦法。遇到這種情況，只能換芯片了。

我們來看I2C協(xié)議中的數(shù)據(jù)傳輸時序圖：

SCL是時鐘，SDA承載的是數(shù)據(jù)。當SDA從1變動到0，而SCL還是1時，表示開始數(shù)據(jù)傳輸。接下來的7位，就是設(shè)備的地址。緊接著的是讀寫標志，其為1時是讀取，為0則是寫。

如果I2C總線上存在著和請求的地址相對應的設(shè)備，則從設(shè)備會發(fā)送一個ACK信號通知主設(shè)備，可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。接到ACK信號后，主設(shè)備則發(fā)送一個8位的數(shù)據(jù)。當傳輸完畢之后，SCL保持為1，SDA從0變換到1時，標明傳輸結(jié)束。

從這個時序圖中可以看到，SCL很重要，并且哪個時鐘沿是干嘛的，都是確定好的。比如，前面7個必定是地址，第8個是讀寫標志，數(shù)據(jù)傳輸必須是8位，必須接個ACK信號等等。

前面的時序圖并沒有標明數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，我們現(xiàn)在看看寫操作的數(shù)據(jù)流向：

網(wǎng)格的是主設(shè)備發(fā)送的，白色格子是從設(shè)備發(fā)送的。從圖示中可以看到，對于寫操作，從設(shè)備都只是發(fā)送ACK進行確認而已。而讀操作的數(shù)據(jù)流向，就有所不同，如圖：

這時候，從設(shè)備除了發(fā)送ACK以外，緊跟著的還有數(shù)據(jù)。

我們用示波器來查看波形圖，以便于理解。

將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL，得到波形并分析如圖:

從圖中可知時序如下：

由主機發(fā)起，在SCL為高電平時，SDA由高到低切變，形成開始信號；

接著是7位地址和一位讀寫標志，這里7位地址為0111100，即0x3c，正是我們代碼中設(shè)置的地址ID；最后一位為0表示寫操作；

接著在下一個時鐘，主機以高電平狀態(tài)釋放SDA，這時從機響應，將SDA拉低了；

接著是兩個8位數(shù)據(jù)00101110與響應，即0x2E，正是“.”號的ASCII碼，符合預期輸出；

還有其它數(shù)據(jù)和最后的停止位，圖中被截掉了。

從圖中可知，縱向一格是200mV，則SDA和SCL的電平大概就是350mV；由于信號筆上設(shè)置了信號x10，因此實際電平應該大概是3.5V（理論上應該是3.3V）。橫向一格是25us，10個時鐘周期大概用了4格，即4x25us=100us，平均每個時鐘周期是10us，可算出傳輸頻率為1/10us=100,000/s，即100k bps。

既有讀又有寫的波形圖：

I2C是由2根線進行操作的，一個是主控時序SCL，另一根主控數(shù)據(jù)SDA

對于操作主要分成讀寫，讀寫的兩個操作有部分是相似的

而時序的操作主要分為：START,DATA,ACK,STOP,NOACK

審核編輯：劉清