I2C協議

1. 簡介

      I2C (Inter-Integrated Circuit），是一種串行通信總線，用於連接微控制器及其外圍設備，實現主控制器和從器件間的主從雙向通信，是一種同步半雙工通信(兩端時鍾頻率一致，雙向通信，但不能同時進行數據收發)。

2. 原理

      I2C通信屬於串行通信，具有兩根串行信號線：數據線(SDA)，時鍾線(SCL)。如下圖所示，主控制器與從器件（一個或多個）都通過兩根信號線連接，信號線上主機和從機都可以扮演發送器和接收器的角色。為確保傳輸過程的指向准確性，每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址（7位從器件專用地址碼），可實現制定從機的定向傳輸與群發傳輸。

2.1 信號類型

      同時，為確保傳輸穩定，所有連接在同一I2C總線上的設備共用一個時鍾。I2C 總線在傳送數據過程中共有以下幾種類型信號：
(1) 開始信號/結束信號

• SCL 為高電平時，SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。
• SCL 為高電平時，SDA 由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。
  
  

(2) 應答信號/非應答信號

• IIC 總線協議規定，每傳送一個字節數據后（8bit），都要有一個應答信號以確定數據傳送是否被對方收到。即一個字節傳輸的8個時鍾過后的第9個時鍾期間，接收器必須回一個ACK應答信號給發送器，這樣才能進行數據傳輸。
• 應答信號由接受設備產生，在SCL為高電平期間，接受設備將SDA拉低為低電平，表示數據傳輸正確，產生應答（ACK），SDA拉高則表示數據傳輸失敗，產生非應答位（NACK）。
  

(3) 閑置狀態/被占用狀態

• 在主機發送起始信號后，且未發送終止信號期間，總線處於被占用狀態。
• 發送終止信號后，總線處於閑置狀態，SCL與SDA同時為高電平。
  

2.2 總線讀寫流程

      I2C總線進行數據傳送時，SCL時鍾信號為高電平期間，SDA數據線上的數據必須保持穩定，只有在時鍾線上的信號為低電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態才允許變化。 當一個字節按數據位從高位到低位的順序傳輸完后，緊接着從機將拉低SDA線，回傳給主設備一個應答位ACK， 此時才認為一個字節真正的被傳輸完成 ，如果一段時間內沒有收到從機的應答信號，則自動認為從機已正確接收到數據。
I2c總線寫通信過程：

• 主機在檢測到總線空閑的狀況下，首先發送一個START信號掌管總線；
• 發送一個地址字節(8 bit)，其中bit0-6位為從機地址，存放從機唯一地址；bit7位為讀寫位(R/W)，0表示write主機 ->從機，1表示read 從機->主機；
• 主機發送地址時，總線上每個從機都會將7位地址與自己的地址進行比較，若相同，則將匹配成功，發送應答信號（ACK），確定發送器和接收器；
• 主機收到ACK后開始發送第一個字節（Command），對應從機中要寫入的寄存器；
• 從機接收到Command后，從機發送ACK；
• 主機收到ACK后開始發送第一個數據字節：bit0-7（8bit數據，高到低），從機收到數據后，發送應答ACK；
• 繼續發送數據，n幀；
• 主控發送完全部數據后，發送一個停止位STOP，結束整個通訊並且釋放總線；
  *ps 叢機尋址方式除了常規的7位尋址外，還有10位尋址方式，通過兩個字節發送，並在第一個字節高位添加固定標志數據以坐區分尋址方式。
  
  I2c總線讀通信過程：

1. 主機產生START信號，隨后發送從機地址(7bit)+0(Write)；
   *方向仍然是寫，待接收到從機發送的ACK應答后，配對成功。
2. 主機接收到ACK后，發送8bit內存地址(Command對應從機相應寄存器地址)，從機接收到后，內部尋址並提取數據，返回ACK；
3. 主機接收到ACK后，重新產生START信號，再一次發送從機內存地址，(7bit)+1(Read)，從機接收到后返回ACK；
   *方向設置為讀，主機設置為接收模式
4. 主機接收到ACK后，做好接收從機信息的准備，現在即可接收1bit的數據。
   *主機不向從機發送應答信號，接收完畢后直接發起終止信號。
5. 主機接收全部數據后，產生STOP信號，終止通信，總線變為閑置狀態。
   

3. 應用實例：I2C控制溫感IC

以溫度傳感器MAX1617A為例，對照手冊可查找到以下數據：

• Command 寄存器對照表如下，可根據Command表查找從機對應寄存器地址。
  

• 溫度數據返回格式如下所示：

通過以上數據，我們即可有思路，對照寫入讀寫過程：

• 寫入時，輸入Command 使用： 0x0B,0x0C 寫入溫度上限與下限值；
• 讀取時，輸入Command使用：0x00，0x05,0x06 讀當前溫度，與前面設置的溫度上限與下限值；

邏輯分析儀數據采樣如下所示：

• 寫入過程：
  
  0x30為 從機地址0x18<<1 + 讀寫位（0）；
  0x0B為 Command，對應從機寄存器存放地址；
  0x00位 將寫入的數據；
  波形如下所示：
  
  
  
• 讀取過程：

1. 讀當前溫度
   
   讀過程中，方向先為寫入，后為讀取
   0x31，為 從機地址0x18<<1 + 讀寫位（1）；
   0x1A，為返回溫度值，換算得到正好是小編當前溫度26度。
   
   

2. 讀溫度上限：

      
      

      

3.讀溫度下限：