一、基本概念。

IIC(I2C)協(xié)議是一種串行通信協(xié)議，用于連接微控制器和外圍設備。IIC協(xié)議只需要兩根信號線(時鐘線SCL和數據線SDA)就能完成設備之間的通信;支持多主機和多從機通信，通過設備地址區(qū)分不同的設備;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;具有應答機制，可以檢測數據的正確性和設備的存在性。

I2C通信協(xié)議使用兩根線(串行數據線SDA和串行時鐘線SCL)進行通信，其中SDA用于傳輸數據，SCL用于傳輸時鐘信號;支持多主設備和多從設備的通信，通過地址來識別不同的設備，并支持數據的讀取和寫入操作。

I2C通信協(xié)議在很多嵌入式系統(tǒng)和電子設備中被廣泛應用，例如傳感器、存儲器、顯示屏等設備之間的通信;由于其簡單的硬件連接和靈活的設備支持，I2C通信協(xié)議在許多應用中都具有很好的適用性。

物理拓撲結構圖

通信的原理是控制SCL和SDA的時序，時期滿足總線協(xié)議從而進行數據的傳輸。 I2C總線上每一個設備都可以作為主機或者從機，而且每一個設備都會對應一個唯一的地址(地址可以從器件手冊得知)。主從設備之間通過這個地址來確定與哪個器件進行通信。 I2C總線數據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。主設備與從設備之間以字節(jié)(8位)位單位進行雙向的數據傳輸。

二、時序介紹。 整體時序圖如下：

I2C協(xié)議整體時序圖

協(xié)議時序狀態(tài)說明： (1)總線空閑狀態(tài)：SDA為高電平，SCL為高電平。 (2)I2C協(xié)議起始位：SCL為高電平，SDA出現下降沿，產生一個起始位。 (3)I2C協(xié)議結束位：SCL為高電平，SDA出現上升沿，產生一個結束位。 (4)I2C讀寫數據狀態(tài)：主要包括數據的串行輸入輸出和數據接受方對數據發(fā)送方的響應信號。具體的時序如圖：

讀寫數據具體時序

當主機向從機寫入數據時，SDA上的數據在SCL的高電平期間被寫入從機中。從主機的角度看，需要在SCL低電平期間改變要寫入的數據。而當主機讀從機中的數據時，從機在SCL低電平期間改變要寫入的數據，在SCL的高電平期間數據保持穩(wěn)定，從主機角度看，需要在SCL的高電平期間將SDA上的數據讀取存儲。 數據傳輸過程：每當一個字節(jié)的數據或命令傳輸完成時，數據接受方會發(fā)送一位應答位，在響應應答位時，數據發(fā)出方將SDA總線設置為三態(tài)輸入，由于總線上都有上拉電阻嗎，因此此時總線默認為高電平，若數據接受方正確接受數據，則數據接受方將SDA總線拉低，表示此次的數據或命令接受成功。所以，主機將一字節(jié)的數據或命令傳出后，會將SDA信號設置為三態(tài)輸入，等待從機應答，即SDA被從機拉為低電平，若應答正確，表明可以結束或開始下一個數據或命令的傳輸，否則表明當前的數據或命令傳輸失敗，主機就可以放棄寫入或者重新發(fā)起寫入。

三、I2C器件地址。 每個I2C器件都有一個器件地址，有的器件地址在出廠就設置好，無需更改，有的留下幾個控制地址的引腳，由用戶自己在硬件設計時確定。 一般情況下主機和從機的角色是確定的，主機向總線上發(fā)送地址信息，這條總線上所有的從機都會接收到總線上發(fā)來的地址，并與從機本身的地址做比較，如果一致，則匹配成功，相應的從機向總線上發(fā)送一位應答位，表示此次通信建立起來了，主機沒有收到應答信號則表示尋址失敗。 I2C協(xié)議在進行數據傳輸時，主機首先需要向總線上發(fā)出控制命令，其中，包括從機的器件地址和讀寫控制，然后等待相應的從機響應。如圖：

控制命令傳輸數據格式

I2C 傳輸時，按照從高到低的位序進行傳輸。控制字節(jié)的最低位為讀寫控制位，當該位為 0 時表示主機對從機進行寫操作，當該位為 1 時表示主機對從機進行讀操作。例如，當需要對片選地址為 3’b100 的器件 發(fā)起寫操作，則控制字節(jié)應該為 1010_100_0。若進行讀操作，則控制字節(jié)應該為 1010_100_1。

四、I2C存儲器地址。 每個支持I2C協(xié)議的器件，內部總會有一些可供讀寫的寄存器或存儲器，因此，我們需要對一個器件的存儲單元進行讀寫，就必須要能夠指定存儲器單元的地址。I2C協(xié)議設計了有從機存儲器單元尋址地址段，該地址段為一個字節(jié)或兩個字節(jié)長度，在主機確認收到從機返回的控制字節(jié)響應后由主機發(fā)出，地址長度因器件類型不同。以下是一個字節(jié)和兩個字節(jié)的示意圖：

一個存儲器字節(jié)地址

存儲器兩個字節(jié)地址

五、I2C寫時序。 1、單字節(jié)寫時序：不同器件地址字節(jié)不同，所以對于寫時序會有差別，圖示為1字節(jié)地址段器件單字節(jié)寫時序圖。

iic通信協(xié)議原理(https協(xié)議原理)

根據時序圖，從主機的角度分析一次寫入單字節(jié)數據過程如下; a、主機設置SDA為輸出; b、主機發(fā)出起始信號; c、主機傳輸器件地址字節(jié)，其中最低位為0，表明為寫操作; d、主機設置SDA為三態(tài)輸入，等待讀取從機應答信號; e、讀取應答位信號成功，主機設置SDA為輸出，傳輸1字節(jié)地址數據; f、主機設置SDA為三態(tài)輸入，讀取應答信號; g、讀取應答信號成功，對于兩字節(jié)地址段器件，傳輸地址數據低字節(jié)，對于1字節(jié)地址段器件，主機設置為輸出，開始傳輸待寫入的數據; h、設置SDA為三態(tài)輸入，讀取應答信號，對于兩字節(jié)地址段器件，接著發(fā)送一次低字節(jié)位地址信息，并讀取應答信號; i、讀取應答信號成功，主機產生STOP位，終止傳輸。 2、I2C連續(xù)寫時序(頁寫時序) 連續(xù)寫也稱頁寫，但不是所有的器件都支持連續(xù)寫時序，連續(xù)寫是主機連續(xù)寫多個字節(jié)數據到從機，和單字節(jié)寫操作類似，下圖為連續(xù)寫時序：

頁寫時序

六、I2C讀時序。 1、單字節(jié)讀時序。 單字節(jié)讀操作分為1字節(jié)地址段器件單字節(jié)數據讀操作和2字節(jié)地址段器件單字節(jié)數據讀操作。以下為1字節(jié)地址段器件單字節(jié)數據讀操作：

1字節(jié)地址段器件

從主機角度描述一次讀取數據過程： a、主機設置SDA為輸出; b、主機發(fā)起起始信號; c、主機傳輸器件地址字節(jié)，其中最低位為0，表明為寫操作; d、主機設置SDA為三態(tài)輸入，讀取從機應答信號; e、讀取英達信號成功，主機設置SDA為輸出，傳輸1字節(jié)地址數據; f、主機設置SDA為三態(tài)輸入，讀取從機應答信號; g、讀取應答信號成功，主機設置SDA為輸出，對于兩字節(jié)的地址段器件，接著傳輸低字節(jié)地址數據，對于1字節(jié)地址段器件跳過次步驟; h、主機發(fā)起起始信號; i、主機傳輸器件地址字節(jié)，其中最低位為1，表明為讀操作; j、設置SDA為三態(tài)輸入，讀取從機應答位信號; k、讀取應答位信號成功，主機設置SDA為三態(tài)輸入，讀取SDA總線上的一個字節(jié)的數據; l、產生無應答信號(高電平)，無需設置為輸出高電平，由于上拉電阻的原因，總線會被自動拉高。 m、主機產生STOP位，終止傳輸。 2、連續(xù)讀時序(頁讀取) 連續(xù)讀是主機連續(xù)從從機讀取多個字節(jié)數據，這個和單字節(jié)讀操作類似。如下：

連續(xù)讀時序

具體時序分析類似于單字節(jié)讀取。