I2C通信序列的典型特征
时间：2024-11-15
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种广泛使用的串行总线通信协议，主要用于短距离的设备间通信（如传感器、EEPROM、显示器等）。I2C通信协议有一些典型的特征和规则，以下是其通信序列的关键特征：
1. 总线结构
双线制通信：I2C总线只有两条信号线：
SCL（Serial Clock Line）：时钟线，用于同步数据传输。
SDA（Serial Data Line）：数据线，用于传输数据。
多主机、多从设备：I2C支持多个主机（Master）和多个从机（Slave）在同一总线上通信。
2. 通信序列
I2C通信的基本序列包括以下几个步骤：
起始信号（Start Condition，S）：
主设备通过拉低SDA线（数据线）而SCL线保持高电平发出起始信号。起始信号标志着总线通信的开始。
在I2C总线上，通信序列的开始总是以起始信号为标志。
地址传输（Addressing）：
主机发送7位或10位的从机地址，并附带一个读/写标志位（R/W）。地址通常是7位（高7位），而位则表示读/写操作（0为写，1为读）。
从设备根据匹配的地址来识别是否是该设备来进行通信。
读/写操作：
如果是写操作（R/W = 0），主机向从机发送数据。
如果是读操作（R/W = 1），主机从从机接收数据。
应答信号（Acknowledge，ACK）：
每一位数据传输完成后，接收方（无论是主机还是从机）都会发出一个应答信号，即将SDA线拉低，表示数据已正确接收。如果接收方不发出应答（NACK，No Acknowledge），表示数据未成功接收或者通信结束。
每次发送一个字节的数据后，都会有一个ACK/NACK信号。
数据传输（Data Transfer）：
数据传输是按字节进行的，每个字节由8位数据组成。每个字节后面都会有一个ACK信号，表示接收方已经收到数据。
停止信号（Stop Condition，P）：
通信结束时，主机发送停止信号，停止信号是通过将SDA线从低电平拉高至高电平时，SCL线保持高电平状态下发送的。
停止信号标志着当前通信的结束，设备之间可以开始新的通信。
3. 时序和同步
同步传输：I2C是同步协议，数据的传输是由时钟（SCL线）同步的。时钟线的上升沿或下降沿控制数据的读取与写入。
位传输时序：每个数据位的传输都是在时钟信号的每个周期内进行的。通常在时钟的上升沿（或下降沿，取决于实现）进行数据读取或写入。
4. 数据传输格式
每个I2C数据字节（8位数据）后，都会有一个ACK/NACK信号。
数据传输格式：每8位数据后，接收方（从机或主机）都会发出ACK信号，告知发送方数据已正确接收。如果发送的数据没有接收到ACK信号，发送方会判断数据传输失败。
ACK/NACK：
ACK：如果接收设备（主机或从机）接收到数据后发出ACK，表示接收成功。
NACK：如果接收设备没有接收到数据或者发生了错误，则发出NACK，表示传输失败或结束。
5. 多主模式和从设备的地址选择
多主模式：I2C协议支持多个主设备在同一总线上进行通信，主设备之间通过总线争用来决定哪个设备可以控制总线。
从设备地址：每个从设备都有一个的地址。7位地址（高7位）是由制造商指定的，而位是R/W位，标志着操作是读取还是写入。
6. 总线速率
I2C总线的速度通常有几种不同的标准：
标准模式（Standard mode）：100 kbps。
快速模式（Fast mode）：400 kbps。
高速模式（High-speed mode）：3.4 Mbps（用于更高速度的设备）。
超高速模式（Ultra-fast mode）：用于一些特定的应用，速度可达到5 Mbps或更高。
I2C通信的典型时序图：
SDA: | S | A | A | A | A | P |
| | | | | | |
SCL: | | | | | | |
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
Start Address Data Stop
S = Start Condition（起始信号）
A = Acknowledge（应答信号）
P = Stop Condition（停止信号）
总结
I2C通信序列的典型特征包括：
通过SDA和SCL两条线路进行数据传输；
每次通信以起始信号（Start）开始，以停止信号（Stop）结束；
使用7位地址来识别设备，并通过R/W位决定是读取还是写入；
每个字节的传输后都会有一个ACK信号，用于确认数据是否接收成功；
支持多主机和多个从机，适合多设备之间的低速通信。
