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参考博客：

http://blog.csdn.net/oqqhutu12345678/article/details/65445338

http://www.cnblogs.com/biaohc/p/6271335.html

https://blog.csdn.net/Mr_Lyoko/article/details/79598106

https://blog.csdn.net/lingfeng5/article/details/73361833（推荐）

一、I2C介绍

1、物理接口：SCL+SDA

（1）SCL(serial clock)：时钟线，传输CLK信号，一般是I2C主设备向从设备提供时钟的通道。

（2）SDA(serial data)：数据线，通信数据（命令、地址、数据）都通过SDA线传输。

2、通信特征：串行、同步、电平、低速率

（1）串行通信。所有的数据以bit为单位在SDA线上串行传输（但每次传输8bit）。

（2）同步通信。即通信双方工作在同一个时钟。A方通过一根CLK信号线传输A的时钟给B，B工作在A传输的时钟下。

（3）非差分。因为I2C通信速率不高，而且通信双方距离很近，所以使用电平信号通信。

（4）低速率。I2C一般用在同一个板子上的2个IC之间，传输的数据量不大，因此本身通信速率很低（一般几百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具体在编程的时候要看设备允许的I2C通信最高速率）。

3、突出特征

（1）主设备+从设备

分主设备和从设备。通信由主设备发起和主导，从设备只是按照I2C时序协议被动的接受主设备的通信。
谁是主从设备，由通信双方来决定（I2C协议并无规定）。

（2）可以多个设备挂在一条总线上（从设备地址）

主设备负责调度总线，决定某一时间和哪个从设备通信。
同一时刻，只能有一个从设备和主设备通信，其他从设备处于“冬眠”状态。
每个I2C从设备在通信中都有一个I2C从设备地址，共7个bit，广播地址全0。
它是从设备本身固有的属性。通信时主设备需要知道从设备的地址，然后在通信中通过地址来甄别是不是自己要找的那个从设备。这个地址是一个电路板上唯一的，不是全球唯一的。
系统中可能有多个同种芯片，为此addr分为固定部分和可编程部份，细节视芯片而定，看datasheet。
理论上7位有128位地址，然而除去保留几个保留地址如广播地址0x00等，数量少于128个，且标准协议里预见了地址的局限性，扩充了10位地址的概念。
对于IIC可以挂多少个设备的问题：对于同一个地址的设备来说，在不进行地址扩充（片选）的情况下只能挂一个，对于不同的设备来说，标准协议里面没有限制具体的个数的多少，这个由线路布线情况，软件情况以及工作模式确定。对于标准模式，只要总线上的负载电容不超过400pf，不超过芯片的负载能力既可以。

（3）SDA传输数据是大端传输，是以字节为单位的，每次传输的有效数据都是1个字节（8位）。

4、应用领域

SoC和周边外设之间的通信，典型的如EEPROM、电容触摸IC、各种sensor等；

二、I2C时序

1、I2C通信时序的四个元素

（1）开始信号、结束信号

SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

分析：跳变有两个方向1->0和0->1，因为SDA总线空闲是1（由下图可知），且只有下拉操作，故1->0是开始信号，1->1是结束信号。

（2）数据bit传输（应答 / “0”、非应答 / “1”）

SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit。

SDA传输完一个字节后，主机会释放SDA线（最后一位若是0，则取消下拉恢复为高电平1，或者最后一位本来就是1），这时SDA处于高电平的状态，从机就可以控制SDA线了。

若从机下拉了SDA线并且主机从SDA读到了这一个低电平，则表示从机发送了一个确认信号（0）。

若从机不对SDA下拉，则主机读到SDA依然位高电平，故表示一个非应答信号（1）。

2、I2C数据传输格式

（1）每一个通信周期的发起和结束都由主设备进行，从设备只有被动的响应主设备。

（2）在每个通信周期，主设备先发送8位的从设备地址

其中7位是从设备地址，1位表示主设备接下来是要写数据到总线，还是从总线读取数据；
主设备以广播的形式发送，总线上的所有从设备都能收到这个信息；
从设备收到地址后，与本身的设备地址对比。

（3）发送方发送一段数据后，接收方需要回应一个ACK

这个响应只有1个bit位，只能表示2个意思，表示有无收到数据。

（4）在某个时刻，主设备和从设备只能有一个在发（占用总线，也就是向总线写），另一个在收（从总线读）。

3、数据在总线上的传输协议

a、综述

（1）起始位及其后的8个clk中都是主设备在发送（主设备掌控总线），此时从设备只能读取总线，通过读总线来得知主设备发给从设备的信息；

（2）然后到了第9周期，按照协议规定从设备需要发送ACK给主设备，所以此时主设备必须释放总线（主设备把总线置为高电平然后不要动），同时从设备试图拉低总线发出ACK。

（3）如果从设备拉低总线失败，或者从设备根本就没有拉低总线，则主设备看到的现象就是总线在第9周期仍然一直保持高。这意味着主设备没有收到ACK，主设备就认为刚才给从设备发送的8字节不对。

b、细述

主设备首先会发送7bit位的slave device地址，和1bit位的rean或者write命令。（这里的读写，讲的是主机对总线的操作。比如写，主机写数据到总线，那么从机是读的；比如读，主机读总线的数据，那么从机是写的。）

（1）write命令

如果为write命令，则主设备释放总线（If the I2C-bus is free, both SDA and SCL lines should be both at High level），即SDA为高位；然后从设备拉低SDA，表示ACK主设备；然后主设备再发送8bit数据，从设备再ACK(A)，通信结束(P)。

写寄存器的标准流程：

1. Master发起START

2. Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK

3. Slave发送ACK

4. Master发送reg addr（8bit），等待ACK

5. Slave发送ACK

6. Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK

7. Slave发送ACK

8. 第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器

9. Master发起STOP

（2）read命令

如果为read命令，则从设备先拉低SDA表示ACK主设备，然后再发送8bit数据。主设备拉低SDA表示ACK从设备（我已经读取8bit的数据了），之后结束。

读寄存器的标准流程

1、Master发送I2Caddr（7bit）和 W操作1（1bit），等待ACK

2. Slave发送ACK

3. Master发送reg addr（8bit），等待ACK

4. Slave发送ACK

5. Master发起START

6. Master发送I2C addr（7bit）和 R操作1（1bit），等待ACK

7. Slave发送ACK

8. Slave发送data（8bit），即寄存器里的值

9. Master发送ACK

10. 第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器

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