I2C的使用

物理层：

(1) 它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总

线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，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。
(3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之
间的访问。
(4) 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。
(5) 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用
总线。
(6) 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。

(7) 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。

协议层：

起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播 的从机地址信号
(SLAVE_ADDRESS)。 在 I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一的， 当主机广播的地址与
某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。
根据 I2C 协议，这个从机地址可以是 7 位或 10 位。
在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为 0 时，表示后面的数据传输方向是由主
机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为 1 时，则相反，即主机由从机读数据。
从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，
只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。
若配置的方向传输位为“ 写数据”方向， 即第一幅图的情况， 广播完地址，接收到应
答信号后， 主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为 8 位，主机每发送完一
个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，
这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不
再传输数据。
若配置的方向传输位为“ 读数据”方向， 即第二幅图的情况， 广播完地址，接收到应
答信号后， 从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为 8 位，从机每发送完一个数
据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回 N 个数据，这个 N 也没有
大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自
动停止数据传输。
除了基本的读写， I2C 通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有
两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，
发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它
与 SLAVE_ADDRESS 的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是
说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

总结：1：SCL位高电平时，SDA由高电平变为低电平，表示通讯开始，SDA由低电平变为高电平，则表示通讯结束，起始结束信号一般由主机产生。

2：SCL数据线进行数据同步，当SCL为高电平时，SDA表示的数据有效，高电平表示数据1，低电平表示数据0，SCL低电平，数据无效，SDA电平切换，

为下一次转换做准备。

3：I2C总线上每个设备都有自己的地址，通讯开始，SDA总线发送设备地址来寻找从机。I2C协议规定地址可以是7位或者10位，紧接着跟一个数据方向位（R\W），第8位或者第11位，此位1表示主机由从机读走数据，0表示主机向从机写数据。读数据方向时，主机会释放对 SDA 信号线的控制，由从机控制 SDA 信号线，主机接收信号，写数据方向时， SDA 由主机控制，从机接收信号。

4：从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为 8 位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不再传输数据。 同理可得接受过程。

5：一般我们都会使用复合格式，传输有两次起始信号，例如上图第三种，一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址（注意他和slave_address的区别），在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

I2C通讯最多可以连接8个相同的传感器，注意是相同的。因为7位地址前面四位是厂商固定好的，后一位用来读写，中间三位是你自己用来辨识传感器的，所以一共可以是8个。