I2C协议要点总结

名称

I2C，IIC或者Inter-Integrated Circuit Bus

所属公司

飞利浦

信号线

两线式串行总线，半双工同步传输类型总线，
一根串行时钟线(SCL)，一根串行数据线(SDA)；
SCL：主设备始终产生SCL；
从设备如果有SCL控制功能，可以把SCL拉低，让主设备数据别发送那么快，可称为时钟拉伸。(比较少用)
SDA：主从设备都可以产生，具有接收和发送功能。

单(多)主多从

可接多个主设备，多个从设备；
只有一个主设备时，控制权在这个主设备上面；(常用)
当有多个主设备时，
仲裁（针对SDA）——主设备要参与总线仲裁，谁在SDA线先发送低电平，谁掌握对总线的控制权；
时钟同步(针对SCL)——SCL的波形是通过把所有主设备输出的时钟通过“与”计算得到的

总线速率

地址格式

7位地址+1位读/写位（标准，常用）
先传地址的高位，最后加一位读写位。读为高，写为低。
举例说明：
如下图为7bit地址+1bit写的I2C波形，紫色为SCL波形，蓝色为SDA波形。可以看出一共传输8位数据，为11000100，高7位为地址位，二进制表示位0B1100010，十六进制表示为0x62；最低位为0，表示写，说明主设备准备向从设备写入数据。

如下图为7bit地址+1bit读的I2C波形，可以看出一共传输8位数据，为11000101，高7位为地址位，二进制表示为0B1100010，十六进制表示为0x62；最低位为1，表示读，说明主设备准备向从设备读取数据。

8位地址
所谓8位地址其实就是上面所写的7位地址加1位读写位的形式，有的厂家直接告诉你两个8位地址，一个读地址，一个写地址，只要把它们高7位取出来，即是I2C的地址。
10位地址
10位地址比较少用，需要传输2个字节。
格式：
第一个字节：11110+10位地址的最高两位+1位读写位；
第二个字节：10位地址的低8位；
同样也是先传高位，再传低位。
由于不常用，故仅作介绍。
保留地址
I2C还有一些保留地址，这些地址是不能作为从设备的地址的。比如上面10位地址提到的第一个字节为11110xxx, 这就是保留地址，高5位只要出现11110，说明主设备接下来传输的是一个10位地址。保留地址同样比较少见，不展开讨论，需要用到再查询协议即可。

波形分析

开始和结束
由主设备发起；
开始标志：SCL为高电平时，SDA从高电平跳变为低电平。
结束标志：SCL为高电平时，SDA从低电平跳变为高电平。

数据传输格式
以字节为单位；
先传高位，再传低位；
一个字节传输完成，后面要加一个ACK响应位；
可以连续传输多个字节；
SCL为高电平时，SDA需保持稳定；
SCL为低电平时，SDA可进行高低电平翻转。

如下图，紫色为SCL波形，蓝色为SDA波形。在开始和结束之间，共传输了3个字节的数据，
第一个字节是一个写地址0xE0，可以看出传输的数据为111000000；共9位；先传地址的高位，再传地址的低位，然后加1位ACK位。ACK位是一个低电平。
第二个字节是一个数据0xB0；
第三个字节也是一个数据0x98;
这些都已经给逻辑分析仪解析出来了。
同时图中还能看出，在SCL为高电平时，SDA数据稳定；SCL为低电平时，SDA进行高低电平的翻转。

ACK和NACK

主设备再发送一个读地址0xC5，表示需要从从设备读取数据，从设备发ACK确认。然后从设备发送一个字节数据0x02给主设备，主设备收到之后，认为已经接收了需要的数据，不需要再接收了。所以给出一个NACK的信号，紧接着再给出结束信号，结束本次通信。

电路

SCL，SDA两线通过上拉电阻接电源上；接上上面的所有设备做“线与”操作。
上拉电阻一般大于1KΩ，小于10KΩ。可根据电压，接口最大灌入电流，内部mos管导通电压来做大概的估算。
比如电压1.8V，管脚输入电流为3mA，mos管导通电压为0.4V，Rp = (1.8-0.4)/0.003 = 466.6Ω，在这个估算的值上，升高阻值，可以降低功耗。

一个总线上如果采用7位地址，理论可以接127个设备，但又受到两线之间电容为400pF的限制，本身驱动能力有限，实际可接的设备少于8个。
电路这里仅做简单的使用总结，不再重复I2C的各种理论。

参考文献：
https://blog.csdn.net/chenhuanqiangnihao/article/details/112313860
https://zhuanlan.zhihu.com/p/470999923
https://blog.csdn.net/chenhuanqiangnihao/article/details/114027867
https://www.likecs.com/show-204658628.html
https://blog.csdn.net/SummerXRT/article/details/118582930