I2C通信時序圖解析
一、I2C協議簡介
I2C 通訊協議(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司開發的，由於它引腳少，硬件實現簡單，可擴展性強，不需要 USART、CAN 等通訊協議的外部收發設備，現在被廣泛地 使用在系統內多個集成電路(IC)間的通訊。
關於I2C協議的更多內容，可閱讀《I2C總線協議》，本博文主要分析I2C波形圖，對於I2C的基礎知識不在做介紹。
二、I2C協議標准代碼
2.1 起始信號&停止信號
起始信號：當 SCL 線是高電平時 SDA 線從高電平向低電平切換。
停止信號：當 SCL 線是高電平時 SDA 線由低電平向高電平切換。
2.1.1 起始信號代碼
void I2C_Start(void)
{
I2C_SDA_High(); //SDA=1
I2C_SCL_High(); //SCL=1
I2C_Delay();
I2C_SDA_Low();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
}
2.1.2 停止信號代碼
void I2C_Stop(void)
{
I2C_SDA_Low();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SDA_High();
I2C_Delay();
}
2.2 發送一個字節
CPU向I2C總線設備發送一個字節（8bit）數據
u8 I2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
uint8_t i;
/* 先發送高位字節 */
for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
{
if(Byte & 0x80)
{
I2C_SDA_High();
}
else
{
I2C_SDA_Low();
}
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
if(i == 7)
{
I2C_SDA_High(); /* 釋放SDA總線 */
}
Byte <<= 1; /* 左移一位 */
I2C_Delay();
}
}
2.3 讀取一個字節
CPU從I2C總線設備上讀取一個字節（8bit數據）
u8 I2C_ReadByte(void)
{
uint8_t i;
uint8_t value;
/* 先讀取最高位即bit7 */
value = 0;
for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
{
value <<= 1;
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
if(I2C_SDA_READ())
{
value++;
}
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
}
return value;
}
2.4 應答
2.4.1 CPU產生一個ACK信號
void I2C_Ack(void)
{
I2C_SDA_Low();
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
I2C_SDA_High();
}
2.4.2 CPU產生一個非ACK信號
void I2C_NoAck(void)
{
I2C_SDA_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
}
2.4.3 CPU產生一個時鍾，並讀取器件的ACK應答信號
uint8_t I2C_WaitToAck(void)
{
uint8_t redata;
I2C_SDA_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
if(I2C_SDA_READ())
{
redata = 1;
}
else
{
redata = 0;
}
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
return redata;
}
三、I2C通信時序圖解析
有了上邊的I2C總線標准代碼的基礎，下面我們進入本博文所要講解的內容，怎么分析I2C的時序圖，以O2Micro的OZ9350為例，OZ9350是一款模擬前端（AFE）的IC器件。是一款性價比不錯的電源管理芯片，由於其通訊是通過I2C來進行通訊的，所以這里用OZ9350的I2C通訊做例子進行講解。
3.1 寫數據
首先我們先來看一下寫數據的時序圖，如下圖所示
首先我們先來看一下寫數據的時序圖，如下圖所示： 
將上圖中的寫數據時序圖進行分解，經分解后如下圖所示： 
結合I2C總線協議的知識，我們可以知道OZ9350的I2C寫數據由一下10個步驟組成。
第一步，發送一個起始信號。
第二步，發送7bit從機地址，即OZ9350的地址。此處需要注意，發送數據時，無法發送7bit數據，此處發送了7bit地址+1bit讀寫選擇位，即發送7bit+r/w。最低位為1表示讀，為0表示寫。
第三步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為從機器件產生的應答。
第四步，發送寄存器地址，8bit數據。
第五步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為從機器件產生的應答。
第六步，發送一個數據，8bit數據。
第七步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為從機器件產生的應答信號。
第八步，發送一個CRC校驗碼，此CRC校驗值為2、4、6步數據產生的校驗碼。
第九步，既可以發送一個應答信號，也可以發送一個無應答信號，均有從機器件產生。
第十步，發送一個停止信號。
接下來，按照以上是個步驟，可以寫出OZ9350的i2c寫數據的函數。代碼如下：
u8 I2C_WriteBytes(void)
{
I2C_Start(); //1
I2C_SendByte(Slaver_Addr | 0); //2
I2C_WaitToAck(); //3
I2C_SendByte(Reg_Addr); //4
I2C_WaitToAck(); //5
I2C_SendByte(data); //6
I2C_WaitToAck(); //7
I2C_SendByte(crc); //8
I2C_WaitToAck(); //9
I2C_Stop(); //10
}
3.2 讀數據
讀數據的時序圖如下圖所示： 
讀數據的時序圖經分解后如下圖所示： 
通過分解后的時序圖，可以看到OZ9350的讀數據由以下13個步驟組成。
第一步，發送一個起始信號。
第二步，發送7bit從機地址，即OZ9350的地址。此處需要注意，發送數據時，無法發送7bit數據，此處發送了7bit地址+1bit讀寫選擇位，即發送7bit+r/w。最低位為1表示讀，為0表示寫。
第三步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為從機器件產生的應答。
第四步，發送寄存器地址。
第五步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為從機器件產生的應答。
第六步，再次發送一個騎士信號。
第七步，發送7bit從機地址，即OZ9350的地址。此處需要注意，發送數據時，無法發送7bit數據，此處發送了7bit地址+1bit讀寫選擇位，即發送7bit+r/w。最低位為1表示讀，為0表示寫。
第八步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為從機器件產生的應答。
第九步，讀取一個字節(8bit)的數據。
第十步，產生一個ACK應答信號，此應答信號為CPU產生。
第十一步，讀取一個CRC校驗碼。
第十二步，產生一個NACK信號。此無應答信號由CPU產生。
第十三步，產生一個停止信號。
接下來，由以上分析步驟，可以寫出OZ9350的I2C讀數據代碼。如下所示：
u8 I2C_ReadBytes(void)
{
u8 data;
u8 crc;
I2C_Start(); //1
I2C_SendByte(Slaver_Addr | 0); //2
I2C_WaitToAck(); //3
I2C_SendByte(Reg_Addr); //4
I2C_WaitToAck(); //5
I2C_Start(); //6
I2C_SendByte(Slaver_Addr | 1); //7 1-讀
I2C_WaitToAck(); //8
data=I2C_ReadByte(); //9
I2C_Ack(); //10
crc=I2C_ReadByte(); //11
I2C_NoAck(); //12
I2C_Stop(); //13
}
四、結語
關於怎樣分析I2C通信的時序圖，在理解原理的基礎上還需要自己多動手練習，只有這樣才能熟練掌握。如果在博文中出現錯誤之處，還望指正。