i2c协议简要分析（转载）

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源地址：

http://www.cnblogs.com/zym0805/archive/2011/07/31/2122890.html

http://blog.csdn.net/lxl123/article/details/22884719

I2C协议

简介

I2C是由Philips公司发明的一种串行数据通信协议，仅使用两根信号线：SerialClock（简称SCL）和SerialData（简称SDA）。I2C是总线结构，1个Master，1个或多个Slave，各Slave设备以7位地址区分，地址后面再跟1位读写位，表示读（=1）或者写（=0），所以我们有时也可看到8位形式的设备地址，此时每个设备有读、写两个地址，高7位地址其实是相同的。

数据格式

I2C数据格式如下：

无数据：SCL=1，SDA=1；

开始位（Start）：当SCL=1时，SDA由1向0跳变；

停止位（Stop）：当SCL=1时，SDA由0向1跳变；

数据位：当SCL由0向1跳变时，由发送方控制SDA，此时SDA为有效数据，不可随意改变SDA；

当SCL保持为0时，SDA上的数据可随意改变；

地址位：定义同数据位，但只由Master发给Slave；

应答位（ACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=0；

否应答位（NACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=1。

传输过程

当数据为单字节传送时，格式为：

开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，停止位。

当数据为一串字节传送时，格式为：

开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，8位数据，应答，……，8位数据，应答，停止位。

注意事项

1. SCL一直由Master控制，SDA依照数据传送的方向，读数据时由Slave控制SDA，写数据时由Master控制SDA。当8位数据传送完毕之后，应答位或者否应答位的SDA控制权与数据位传送时相反。
2. 开始位“Start”和停止位“Stop”，只能由Master来发出。
3. 地址的8位传送完毕后，成功配置地址的Slave设备必须发送“ACK”。否则否则一定时间之后Master视为超时，将放弃数据传送，发送“Stop”。
4. 当写数据的时候，Master每发送完8个数据位，Slave设备如果还有空间接受下一个字节应该回答“ACK”，Slave设备如果没有空间接受更多的字节应该回答“NACK”，Master当收到“NACK”或者一定时间之后没收到任何数据将视为超时，此时Master放弃数据传送，发送“Stop”。
5. 当读数据的时候，Slave设备每发送完8个数据位，如果Master希望继续读下一个字节，Master应该回答“ACK”以提示Slave准备下一个数据，如果Master不希望读取更多字节，Master应该回答“NACK”以提示Slave设备准备接收Stop信号。
6. 当Master速度过快Slave端来不及处理时，Slave设备可以拉低SCL不放（SCL=0将发生“线与”）以阻止Master发送更多的数据。此时Master将视情况减慢或结束数据传送。

伪代码实现

起始位，停止位

/*
函数：I2C_Start()
功能：产生I2C总线的起始状态
说明：
 SCL处于高电平期间，当SDA出现下降沿时启动I2C总线
 不论SDA和SCL处于什么电平状态，本函数总能正确产生起始状态
 本函数也可以用来产生重复起始状态
 本函数执行后，I2C总线处于忙状态
*/
void I2C_Start()
{
 EA=0;  

 I2C_SCL = 1;
 I2C_Delay();
 I2C_SDA = 1;
 I2C_Delay();  //起始条件建立时间大于4.7us延时
 I2C_SDA = 0;  //发送起始信号
 I2C_Delay();
 I2C_SCL = 0;  //钳住I2C总线，准备发送或接收数据
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();
}  

/*
函数：I2C_Stop()
功能：产生I2C总线的停止状态
说明：
 SCL处于高电平期间，当SDA出现上升沿时停止I2C总线
 不论SDA和SCL处于什么电平状态，本函数总能正确产生停止状态
 本函数执行后，I2C总线处于空闲状态
*/
void I2C_Stop()
{
 unsigned int t = I2C_STOP_WAIT_VALUE;  

 I2C_SDA = 0;  //发送结束条件的数据信号
 I2C_Delay();  

 I2C_SCL = 1;  //发送结束条件的时钟信号
 I2C_Delay();
 I2C_SDA = 1;  //发送I2C总线结束信号
 I2C_Delay();
 EA=1;
 while ( --t != 0 );  //在下一次产生Start之前，要加一定的延时
}

单字节读和写

/*
函数：I2C_Write()
功能：向I2C总线写1个字节的数据
参数：
 dat：要写到总线上的数据
*/
void I2C_Write(unsigned char dat)
{
  /*发送1，在SCL为高电平时使SDA信号为高*/
  /*发送0，在SCL为高电平时使SDA信号为低*/
 unsigned char t ;
 for(t=0;t<8;t++)
 {  

  I2C_SDA = (bit)(dat & 0x80);
  I2C_Delay();
  I2C_SCL = 1;  //置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位
  I2C_Delay();
  I2C_SCL = 0;
  I2C_Delay();
  dat <<= 1;
 }  

}  

/*
函数：I2C_Read()
功能：从从机读取1个字节的数据
返回：读取的一个字节数据
*/
unsigned char I2C_Read()
{
 unsigned char dat=0;
 unsigned char t ;
 bit temp;
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();
 I2C_SDA = 1; //在读取数据之前，要把SDA拉高  

 I2C_Delay();  

 for(t=0;t<8;t++)
 {
  I2C_SCL = 0; /*接受数据*/
  I2C_Delay();
  I2C_SCL = 1;//置时钟线为高使数据线上升沿数据有效
  I2C_Delay();
  temp = I2C_SDA;
  dat <<=1;
  if (temp==1) dat |= 0x01;
 }  

  I2C_SCL = 0;
  I2C_Delay();  

 return dat;
}

ACK & NACK

/*
函数：I2C_GetAck()
功能：读取从机应答位
返回：
 0：从机应答
 1：从机非应答
说明：
 从机在收到每个字节的数据后，要产生应答位
 从机在收到最后1个字节的数据后，一般要产生非应答位
*/
bit I2C_GetAck()
{
 bit ack;
 unsigned char Error_time=255;  

    I2C_Delay();
 I2C_SDA = 1; /*8位发送完后释放数据线，准备接收应答位 释放总线*/
 I2C_Delay();
 I2C_SCL = 1; /*接受数据*/
 I2C_Delay();
 do
 {
  ack = I2C_SDA;
    Error_time--;
   if(Error_time==0)
   {
     I2C_SCL = 0;
   I2C_Delay();
   return 1;
   }
 }while(ack);   //判断是否接收到应答信号  

 I2C_SCL = 0;  //清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();
 return 0;
}  

/*
函数：I2C_PutAck()
功能：主机产生应答位或非应答位
参数：
 ack=0：主机产生应答位
 ack=1：主机产生非应答位
说明：
 主机在接收完每一个字节的数据后，都应当产生应答位
 主机在接收完最后一个字节的数据后，应当产生非应答位
*/
void I2C_PutAck(bit ack)
{  

 I2C_SDA = ack;  //在此发出应答或非应答信号
 I2C_Delay();
 I2C_SCL = 1;   //应答
 I2C_Delay();   

 I2C_SCL = 0;  //清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收  ，继续占用
 I2C_Delay();  //等待时钟线的释放
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();
 I2C_Delay();  

}

多字节读和写

/*
函数：I2C_Puts()
功能：主机通过I2C总线向从机发送多个字节的数据
参数：
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是写标志0）
 SubAddr：从机的子地址
 Size：数据的字节数
 *dat：要发送的数据
返回：
 0：发送成功
 1：在发送过程中出现异常
*/
bit I2C_Puts(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, unsigned char Size, char *dat)
{
//检查长度
 if ( Size == 0 ) return 0;
//确保从机地址最低位是0
 SlaveAddr &= 0xFE;
//启动I2C总线
 I2C_Start();
//发送从机地址
 I2C_Write(SlaveAddr);
 if ( I2C_GetAck() )
 {
  I2C_Stop();
  return 1;
 }
//发送子地址
 I2C_Write(SubAddr);
 if ( I2C_GetAck() )
 {
  I2C_Stop();
  return 1;
 }
//发送数据
 do
 {
  I2C_Write(*dat++);
  if ( I2C_GetAck() )
  {
   I2C_Stop();
   return 1;
  }
 } while ( --Size != 0 );
//发送完毕，停止I2C总线，并返回结果
 I2C_Stop();
 return 0;
}  

/*
函数：I2C_Put()
功能：主机通过I2C总线向从机发送1个字节的数据
参数：
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是写标志0）
 SubAddr：从机的子地址
 dat：要发送的数据
返回：
 0：发送成功
 1：在发送过程中出现异常
*/
bit I2C_Put(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, char dat)
{
 return I2C_Puts(SlaveAddr,SubAddr,1,&dat);
}  

/*
函数：I2C_Gets()
功能：主机通过I2C总线从从机接收多个字节的数据
参数：
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是读标志1）
 SubAddr：从机的子地址
 Size：数据的字节数
 *dat：保存接收到的数据
返回：
 0：接收成功
 1：在接收过程中出现异常
*/
bit I2C_Gets(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, unsigned char Size, unsigned char *dat)
{  

//检查长度
 if ( Size == 0 ) return 0;
//确保从机地址最低位是0
 SlaveAddr &= 0xFE; //确保最低位是0
//启动I2C总线
 I2C_Start();
//发送从机地址
 I2C_Write(SlaveAddr);
 if ( I2C_GetAck() )
 {
  I2C_Stop();
  return 1;
 }
//发送子地址
 I2C_Write(SubAddr);
 if ( I2C_GetAck() )
 {
  I2C_Stop();
  return 1;
 }
//发送重复起始条件
 I2C_Start();
//发送从机地址
 SlaveAddr |= 0x01;
 I2C_Write(SlaveAddr);
 if ( I2C_GetAck() )
 {
  I2C_Stop();
  return 1;
 }
//接收数据
 for (;;)
 {
  *dat++ = I2C_Read();
  if ( --Size == 0 )
  {
   I2C_PutAck(1);
   break;
  }
  I2C_PutAck(0);
 }  

//接收完毕，停止I2C总线，并返回结果
 I2C_Stop();
 return 0;
}  

/*
函数：I2C_Get()
功能：主机通过I2C总线从从机接收1个字节的数据
参数：
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是读标志1）
 SubAddr：从机的子地址
 *dat：保存接收到的数据
返回：
 0：接收成功
 1：在接收过程中出现异常
*/
bit I2C_Get(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, unsigned char *dat)
{
 return I2C_Gets(SlaveAddr,SubAddr,1,dat);
}