I2C时序分析和基础知识总结

关于I2C总线的一些个人见解

一、什么是I2C

二、I2C时序分析三、I2C基础知识 四、I2C注意事项

关于I2C总线的一些个人见解

I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由PHILIPS公司(现在的NXP半导体)开发的两 线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种 总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式 小，通信速率较高等优点。

I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA, 另一根是时钟线SCL。

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I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线 均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使 总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。

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1、数据位的有效性规定I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据 线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电 平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

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2、起始和终止信号SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电 平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间， SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。

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。

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I2C 总线是双向传输的总线，因此主机和从机都可能成为发 送器和接收器。如果主机向从机发送数据，则主机是发送器， 而从机是接收器；如果主机从从机读取数据，则主机是接收器， 而从机是发送器。不论主机是发送器还是接收器，时钟信 号 SCL 都要由主机来产生。 每个器件都有一个唯一的地址识别，而且都可以作为一个 发送器和接收器(由器件的功能决定)。很明显，LCD驱动器 只能是接收器，而存储器既可以接收又可以发送数据。

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连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则 很容易检测到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件接 口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保证 在每个时钟周期内对数据线SDA采样两次。

接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成 一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收 下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低电平，从而 使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节 时，再释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送可以继续 进行。

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3、数据传送格式 (1)字节传送与应答每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传 送最高位(MSB),每一个被传送的字节后面都必须跟 随一位应答位(即一帧共有9位)。

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由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时(如从机 正在进行

实时性的处理工作而无法接收总线上的数据), 它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号 以结束总线的数据传送。 如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后 无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的 第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终 止信号以结束数据的继续传送。 当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须 向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的 “非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主 机产生终止信号。

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但如果从机要完成一些其他功能后才能接收或发送下一个完 整的数据字节，那么可以使时钟信号保持低电平迫使主机进入等 待状态。这也是唯一一个从机改变主机时钟的情况。 当从机准备好接受下一个字节时，释放时钟线SCL,数据传 输继续。

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(2)数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址 信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址(7位), 第8位是数据的传送方向位(R/),用“0”表示主机 发送数据(T),“1”表示主机接收数据(R)。每 次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是， 若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可 以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一 从机进行寻址。 在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种 组合方式：

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a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整 个传送过程中不变：

注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则 表示数据由从机向主机传送。 A表示应答， A表示非应答(高电平)。S表示起始信号， P表示终止信号。

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b、主机在第一个字节后，立即由从机读数据

c、在传送过程中，当需要改变传送方向时， 起始信号和从机地址都被重复产生一次，但 两次读/写方向位正好反相。

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4、总线的寻址 I2C总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字 节(寻址字节是起始信号后的第一个字节)。 (1)寻址字节的位定义

D7~D1位组成从机的地址。D0位是数据 传送方向位，为“0”时表示主机向从机写数 据，为“1”时表示主机由从机读数据。

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主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7 位地址码与自己的地址进行比较，如果相同， 则认为自己正被主机寻址，根据R/位将自己确 定为发送器或接收器。 从机的地址由固定部分和可编程部分组成。 在一个系统中可能希望接入多个相同的从机， 从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类 器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有 4位是固定位，3位是可编

程位，这时仅能寻 址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件 接入到该I2C总线系统中。

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(2)寻址字节中的特殊地址 固定地址编号0000和1111已被保留作为特 殊用途。