I2C协议

1     I2C概述

1.1     基本概念

1.1.1       I2C

I²C（Inter-Integrated Circuit）是内部整合电路的称呼，是一种串行通讯总线，使用多主从架构。I²C只使用两条双向开放集极（Open Drain）（串行数据（SDA）及串行时钟（SCL））并利用电阻将电位上拉。I²C允许相当大的工作电压范围，但典型的电压基准位为+3.3V或+5v。I²C的参考设计使用一个7位元长度的位址空间但保留了16个位址，所以在一组总线最多可和112个节点通讯。常见的I²C总线依传输速率的不同而有不同的模式：标准模式（100 Kbit/s）、低速模式（10 Kbit/s），但时脉频率可被允许下降至零，这代表可以暂停通讯。而新一代的I²C总线可以和更多的节点（支援10位元长度的位址空间）以更快的速率通讯：快速模式（400 Kbit/s）、高速模式（3.4 Mbit/s）。

1.1.2       I2C协议

I2C总线有两根信号线，一根为SDA（数据线），一根为SCL（时钟线）I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。任何时候时钟信号都是由主控器件产生。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送. 各种被控制电路均并联在这条总线上，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

1.1.3       I2C 信号类型

如图1所示I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

1 三种控制信号

开始信号：如图2所示SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

2 START和ACK信号

应答信号：如图2所示接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。发送数据IC发出的电平如虚线所示的高电平，在接收到接收IC发出的应答低电平脉冲后电平被拉低为实线的窄电平。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

结束信号：如图3所示SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

3 STOP信号

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

1.1.4       I2C总线操作

I2C运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
　　控制字节
　　在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。
　　写操作
　　写操作分为single write和page write两种操作，对于page write根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。
　　读操作
　　读操作有三种基本操作：current read、randomread和sequential read。