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前言
本片博文主要总结I2C 通信协议的相关知识，以及学习过程中的一些体会、遇到的问题，望可以帮助有需要的人。
笔记内容多为自己总结、心得，如有错漏不恰当之处望不吝指正。
一、I2C 是什么？
I2C(inter-integrated circuit)总线，是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
二、I2C 物理层
1.总线引脚定义
SCL： 串行时钟线，用于同步传送数据；
SDA： 串行数据线，用于传输数据；
2.物理层
I2C 通讯设备之间的常用连接方式如下图所示：
I2C 特点如下：
►支持多个设备的总线；
►总线由SCL、SDA总线组成，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步；
► 每个连接到总线的设备都有一个设备地址，用于主机与多个设备之间的选择性通信；
► 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平；
► 当多个主机同时使用总线时，使用仲裁方式决定哪个设备占用总线，防止数据传输冲突；
► 具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式；
► 由于总线上消耗的电流很小，因此，总线上扩展的器件数量主要由电容负载来决定，因为每个器件的总线接口都有一定的等效电容．而线路中电容会影响总线传输速度．当电容过大时，有可能造成传输错误．所以，其负载能力为400pF，因此可以估算出总线允许长度和所接器件数量；
3.协议层
I2C 协议层主要包含如下部分：
► 起始信号
► 数据传输
► 应答信号
► 停止信号
1）起始/停止信号
SCL = 1时，SDA存在四种状态：高电平、低电平、上升沿和下降沿，因此排列组合如下：
| SCL | SDA | 信号定义 |
|---|---|---|
| 1 | 下降沿 | Start信号 |
| 1 | 上升沿 | Stop信号 |
| 1 | 1 | 数据1 |
| 1 | 0 | 数据0 |
2）应答(ACK)信号
► I2C 数据传输 需要接收方响应信号，以指示数据是否正确收到；
► 响应信号传输位于第9个时钟，此时主机释放SDA控制权，由从机端控制SDA；
► 响应信号如下：
应答信号(ACK): SDA = 0；
非应答信号(NACK): SDA = 1；
3）数据传输
► SCL = 0 ：允许SDA进行数据切换；
► SCL = 1 ：锁定SDA状态输出(SDA = 1，则输出数据为1，SDA = 0，则输出数据为0)；
► 数据传输以 字节为单位，
4）数据分类
传输的数据包含 地址字节和要传输的数据字节；
【地址字节】
► I2C 协议规定设备地址可以是 7 位或 10 位，实际中 7 位的地址应用比较广泛；
► 先传输MSB，后传输LSB；
► 第8/11位为读写控制位：0：读/ 1：写；
【数据字节】
数据字节为要传输的数据，无特定格式；
4.通信示例
【字节写入 】
通信过程为：
► 主机发送Start信号；
► 开始传输设备地址，先传输MSB，后LSB，R/W位 = 0；
► 从机收到设备地址，进行匹配，若匹配，则发送应答信号(ACK)，否则保持不变；
► 主机收到应答信号，发送写入的地址和写入的数据；
► 从机接收到每个字节后，发送一个应答信号(ACK);
► 数据传输完成，主机发送Stop信号，结束本次传输；
【字节读取 】
通信过程为：
► 主机发送Start信号；
► 开始传输设备地址，先传输MSB，后LSB，R/W位 = 0；
► 从机收到设备地址，进行匹配，若匹配，则发送应答信号(ACK)，否则保持不变；
► 主机收到应答信号，发送要读取的数据的地址；
► 从机接收到数据地址后，发送一个应答信号(ACK);
► 主机发送Start信号；
► 开始传输设备地址，先传输MSB，后LSB，R/W位 = 1；
► 从机收到设备地址，进行匹配，若匹配，则发送应答信号(ACK)，否则保持不变；
► 主机释放SDA控制权，从机接收SDA控制区，发送数据至主机；
► 主机收到数据后，无需发送ACK应答；
► 数据传输完成，主机发送Stop信号，结束本次传输；
Reference
[1] 《零死角玩转 STM32F103》 - 第24章 I2C—读写 EEPROM
[2] 《AT24C02》- ALL