I2C匯流排協議詳解

1.1 i2c匯流排知識

1.1.1  i2c匯流排物理拓撲結構

i2c 匯流排在物理連線上非常簡單，分別由sda(序列資料線)和scl(序列時鐘線)及上拉電阻組成。通訊原理是通過對scl和sda線高低電平時序的控制，來 產生i2c匯流排協議所需要的訊號進行資料的傳遞。在匯流排空閒狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

1.1.2  i2c匯流排特徵

i2c匯流排上的每乙個裝置都可以作為主裝置或者從裝置，而且每乙個裝置都會對應乙個唯一的位址(可以從i2c器件的資料手冊得知)，主從裝置之間就通過這 個位址來確定與哪個器件進行通訊，在通常的應用中，我們把cpu帶i2c匯流排介面的模組作為主裝置，把掛接在匯流排上的其他裝置都作為從裝置。

i2c匯流排上可掛接的裝置數量受匯流排的最大電容400pf 限制，如果所掛接的是相同型號的器件，則還受器件位址位的限制。

i2c匯流排資料傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下可達3.4mbit/s。一般通過i2c匯流排介面可程式設計時鐘來實現傳輸速率的調整，同時也跟所接的上拉電阻的阻值有關。

i2c匯流排上的主裝置與從裝置之間以位元組(8位)為單位進行雙向的資料傳輸。

1.1.3  i2c匯流排協議

i2c協議規定，匯流排上資料的傳輸必須以乙個起始訊號作為開始條件，以乙個結束訊號作為傳輸的停止條件。起始和結束訊號總是由主裝置產生。匯流排在空閒狀態 時，scl和sda都保持著高電平，當scl為高電平而sda由高到低的跳變，表示產生乙個起始條件；當scl為高而sda由低到高的跳變，表示產生乙個 停止條件。在起始條件產生後，匯流排處於忙狀態，由本次資料傳輸的主從裝置獨佔，其他i2c器件無法訪問匯流排；而在停止條件產生後，本次資料傳輸的主從裝置 將釋放匯流排，匯流排再次處於空閒狀態。如圖所示：

在了解起始條件和停止條件後，我們再來看看在這個過程中資料的傳輸是如何進行的。前面我們已經提到過，資料傳輸以位元組為單位。主裝置在scl線上產生每個 時鐘脈衝的過程中將在sda線上傳輸乙個資料位，當乙個位元組按資料位從高位到低位的順序傳輸完後，緊接著從裝置將拉低sda線，回傳給主裝置乙個應答位， 此時才認為乙個位元組真正的被傳輸完成。當然，並不是所有的位元組傳輸都必須有乙個應答位，比如：當從裝置不能再接收主裝置傳送的資料時，從裝置將回傳乙個否 定應答位。資料傳輸的過程如圖所示：

在前面我們還提到過，i2c匯流排上的每乙個裝置都對應乙個唯一的位址，主從裝置之間的資料傳輸是建立在位址的基礎上，也就是說，主裝置在傳輸有效資料之前 要先指定從裝置的位址，位址指定的過程和上面資料傳輸的過程一樣，只不過大多數從裝置的位址是7位的，然後協議規定再給位址新增乙個最低位用來表示接下來 資料傳輸的方向，0表示主裝置向從裝置寫資料，1表示主裝置向從裝置讀資料。如圖所示：

1.1.4  i2c匯流排操作

對i2c匯流排的操作實際就是主從裝置之間的讀寫操作。大致可分為以下三種操作情況：

第一，主裝置往從裝置中寫資料。資料傳輸格式如下：

第二，主裝置從從裝置中讀資料。資料傳輸格式如下：

第三，主裝置往從裝置中寫資料，然後重啟起始條件，緊接著從從裝置中讀取資料；或者是主裝置從從裝置中讀資料，然後重啟起始條件，緊接著主裝置往從裝置中寫資料。資料傳輸格式如下：

第三種操作在單個主裝置系統中，重複的開啟起始條件機制要比用stop終止傳輸後又再次開啟匯流排更有效率。

I2C匯流排協議詳解

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