I2C通信的基本概念
-
双线制：I2C通信采用两条线进行数据传输：
- SDA（Serial Data Line）：数据线，用于传输数据。
- SCL（Serial Clock Line）：时钟线，用于同步数据传输。
-
主从结构：I2C通信采用主从（Master-Slave）结构，其中：
- 主设备：发起通信的设备，负责生成时钟信号并控制通信流程。
- 从设备：被主设备控制的设备，响应主设备的命令。
-
地址：每个从设备在总线上都有一个唯一的地址（通常是7位或10位），主设备通过地址选择特定的从设备进行通信。
SCL线控制
-
主设备生成时钟信号：
- 在I2C协议中，主设备负责生成时钟信号，并控制SCL线的状态。主设备通过拉高和拉低SCL线来提供时钟信号，从而同步数据传输。
-
数据传输与时钟的关系：
- 在数据传输过程中，主设备在每发送一个数据字节后，会生成一定数量的时钟脉冲（通常是8个脉冲对应一个字节的数据）。从设备在每个时钟脉冲的上升沿或下降沿（通常是上升沿）接收数据。
- 主设备还会在每个字节后等待从设备发送的应答信号（ACK），并生成相应的时钟信号来进行数据的确认。
SDA线的控制
-
主设备的角色：
- 在开始通信时，主设备会首先控制SDA线，发送从设备的地址以及读/写位（0表示写，1表示读）。
- 当主设备需要发送数据时，它会将数据放置在SDA线上，并在SCL线的每个时钟脉冲上升沿时，驱动SDA线的状态。
- 主设备在发送完一个字节后，会释放SDA线，以便从设备发送应答信号（ACK）。
-
从设备的角色：
- 从设备在接收到其地址后，如果被选中，它会控制SDA线来发送ACK信号，表示准备好进行通信。
- 在读操作时，当主设备发出读命令后，从设备会将数据放在SDA线上，主设备通过时钟脉冲读取这些数据。
- 从设备在每个字节后也会发送ACK或NACK（不应答）信号，告诉主设备它是否准备好接收更多数据。
- SDA线的控制是主设备和从设备的协作结果：
- 主设备在发送数据和地址时控制SDA线。
- 从设备在应答和读取数据时控制SDA线。
I2C时序基本单元
起始条件：
SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平
终止条件：
SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平
发送一个字节：
SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化（在SCL低电平期间允许改变SDA的电平），依次循环上述过程8次，即可发送一个字节
接收一个字节：
SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA，交由从机控制）（虚线部分表示从机控制的电平）
发送应答：
主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
接收应答：
主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）
I2C通信的基本步骤
发起通信的开始信号
主设备通过发送一个开始信号来初始化通信：
开始信号：主设备将SDA线从高电平拉低到低电平，同时保持SCL线为高电平。这标志着I2C通信的开始。
发送从设备地址
主设备在开始信号之后，发送从设备的地址加上读/写位：
地址是7位，读写位是1位，加起来就是一个字节8位
地址格式：从设备地址通常为7位或10位。主设备将地址放在SDA线上，并在SCL的上升沿时发送数据。
读/写位：0表示写（主设备将数据发送到从设备）。1表示读（从设备将数据发送给主设备）。
接收应答信号
从设备接收到地址后，会发送一个应答信号（ACK）：
应答信号：在地址发送完成后，从设备将SDA线拉低，以表明它准备好进行数据交换。主设备在发送完地址后等待一个SCL时钟脉冲以接收ACK信号。
数据传输
数据的传输分为写操作和读操作，具体步骤如下：
写操作：
指定地址写 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）
- 主设备将要发送的数据放在SDA线上，并产生时钟脉冲。
- 从设备在每个字节之后发送ACK信号，告知主设备它已成功接收到数据。
读操作：
指定地址写 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）
- 主设备发送读命令，并准备接收数据。
- 从设备将数据放在SDA线上，主设备通过SCL时钟脉冲读取数据。
- 在读取每个字节后，主设备需要发送ACK信号以继续读取下一个字节，或者发送NACK信号以结束读取。
指定读写标志位只能是跟着起始条件的第一个字节
发送停止信号
通信结束时，主设备发送停止信号，标志着I2C通信的结束：
停止信号：主设备将SDA线从低电平拉高到高电平，同时保持SCL线为高电平。这表示总线空闲，可以进行下一次通信。
