02_I2C协议#
I2C协议#
参考资料：
i2c_spec.pdf
1. 硬件连接#
I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻（放一个上拉电阻的原因以后我们再说）。
2. 传输数据类比#
怎么通过I2C传输数据，我们需要把数据从主设备发送到从设备上去，也需要把数据从从设备传送到主设备上去，数据涉及到双向传输。
举个例子：
体育老师：可以把球发给学生，也可以把球从学生中接过来。
发球：
老师：开始了(start)
老师：A！我要发球给你！(地址/方向)
学生A：到！(回应)
老师把球发出去（传输）
A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）
老师：结束（停止）
接球：
老师：开始了(start)
老师：B！把球发给我！(地址/方向)
学生B：到！
B把球发给老师（传输）
老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）
老师：结束（停止）
我们就使用这个简单的例子，来解释一下IIC的传输协议：
老师说开始了，表示开始信号(start)
老师提醒某个学生要发球，表示发送地址和方向(address/read/write)
老师发球/接球，表示数据的传输
收到球要回应：回应信号(ACK)
老师说结束，表示IIC传输结束(P)
3. IIC传输数据的格式#
3.1 写操作#
流程如下：
主芯片要发出一个start信号
然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)
从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
主设备发送一个字节数据给从设备，并等待回应
每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
下图：白色背景表示”主→从”，灰色背景表示”从→主”
3.2 读操作#
流程如下：
主芯片要发出一个start信号
然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写，0表示写，1表示读)
从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
从设备发送一个字节数据给主设备，并等待回应
每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
下图：白色背景表示”主→从”，灰色背景表示”从→主”
3.3 I2C信号#
I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化
I2C协议信号如下：
3.4 协议细节#
如何在SDA上实现双向传输？ 主芯片通过一根SDA线既可以把数据发给从设备，也可以从SDA上读取数据，连接SDA线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？ 在9个时钟里， 前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据； 前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
双方设备中，某个设备发送数据时，另一方怎样才能不影响SDA上的数据？ 设备的SDA中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极，CMOS管是开漏，作用一样)，如下图：
真值表如下：
从真值表和电路图我们可以知道：
当某一个芯片不想影响SDA线时，那就不驱动这个三极管
想让SDA输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA通过上拉电阻变为高电平)
想让SDA输出低电平，就驱动三极管
从下面的例子可以看看数据是怎么传的（实现双向传输）。 举例：主设备发送（8bit）给从设备
前8个clk
从设备不要影响SDA，从设备不驱动三极管
主设备决定数据，主设备要发送1时不驱动三极管，要发送0时驱动三极管
第9个clk，由从设备决定数据
主设备不驱动三极管
从设备决定数据，要发出回应信号的话，就驱动三极管让SDA变为0
从这里也可以知道ACK信号是低电平
从上面的例子，就可以知道怎样在一条线上实现双向传输，这就是SDA上要使用上拉电阻的原因。
为何SCL也要使用上拉电阻？ 在第9个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL拉低。 当SCL为低电平时候，大家都不应该使用IIC总线，只有当SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能被使用。 当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用I2C总线了。
对于IIC协议它只能规定怎么传输数据，数据是什么含义由从设备决定。