协议类接口 - I2C

一、12c总线概述

I2C( Inter-Integrated Circuit，又称IIC）总线是一种串行总线，用 于连接微控制器及其外围设备，硬件图非常简单：一条串行数据线（SDA），一条串行时钟线（SCL ）一根接地线（GND）。

它具有如下特点：

1）每个连接到总线的器件都可以使用软件根据它的惟一的地址来识别（具体地址需要查阅具体的I2C设备）。

2）传输数据的设备间是简单的主／从关系。主从式结构，通信双方必须一个为主（master）一个为从（slave），主设备掌握每次通信的主动权，从设备按照主设备的节奏被动响应。每个从设备在总线中有唯一的地址（slave address），主设备通过从地址找到自己要通信的从设备（本质是广播）。

3）主机可以用作主机发送器（主机指的是发送/停止数据传输、提供时钟信号的器件；发送器指发送数据到总线的器件）或主机接收器（主机指被主机寻址的器件；接收器指从总线接收数据的器件）。

4）它是一个真正的多主机总线（多主机指可以由多个主机试图去控制总线，但是不会破坏数据），两个或多个主机同时发起数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁来防止数据被破坏。

5）I2C主要用途就是主SoC和外围设备之间的通信，最大优势是可以在总线上扩展多个外围设备的支持。常见的各种物联网传感器芯片（如gsensor、温度、湿度、光强度、酸碱度、烟雾浓度、压力等）均使用I2C接口和主SoC进行连接。

下是一条I2C总线上多个设备相连的例子：

二、12c总结的信号类型
I2C总统在传送数据过程中共有3种类型信号：开始信号、结束信号和响应信号。
1）开始信号（S)：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据（数据按二进制传输，先传最高位）当对方检测到后就知道要开始传输数据了。
2）结束信号（P)：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

3）响应信号（ACK）：主机把设备发给从机后怎么知道对方是否收到了呢？接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期（这个时间刚接收到1位），拉低SDA电平，这时主机就能检测到相应引脚变化了。响应信号由主机来检测

开始信号和结束信号的波形图如下：

应答信号电平波形图如下：

SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，因为外接设备要在SCL为高电平期间内采集数据，才能知道数据是低电平还是高电平；SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化，如下图所示便为I2C总线的位传输波形。

 三、I2C总线的数据传输格式

发送到SDA线上的每个字节必须是8位的，每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必须跟个响应位。首先传输的是数据的最高位（MSB）。如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序)才能继续接收或发送下个字节，从机可以拉低SCL迫使主机进入等待状态。当从机准备好接收下一个数据并释放SCL后，数据传输继续。如果主机在传输数据期间也需要完成一些其他功能（例如一个内部中断服务程序）也可以拉低SCL以占住总线。

启动一个传输时，主机先发出S信号，然后发出8位数据。这8位数据中前7位为从机的地址（由此可见最多可接128个设备，从机地址需要看具体I2C设备的数据手册），第8位表示传输的方向（0表示写操作，1表示读操作）。被选中的从机发出响应信号。紧接着传输一系列字节（不同的I2C设备格式是不同的，需要查具体数据手册）及其响应位（将SDA拉低）。最后，主机发出P信号结束本次传输。

下图是几种I2c总线上数据传输的格式：

并非每传输8位数据之后，都会有ACK信号，有以下3种例外。

1 ）当从机不能响应从机地址时（例如它正忙于其他事而无法响应I2c总线的操作，或 这个地址没有对应的从机），在第9个SCL周期内SDA线没有被拉低，即没有ACK信号。 这时，主机发出一个P信号终止传输或者重新发出一个S信号开始新的传输。

2）如果从机接收器在传输过程中不能接收更多的数据时，它也不会发出ACK信号。这样， 主机就可以意识到这点，从而发出一个P信号终止传输或者重新发出一个S信号开始新的传输。

3）主机接收器在接收到最后一个字节后，也不会发出ACK信号。于是，从机发送器释放SDA线，以允许主机发出P信号结束传输。

 

四、I2C控制器