I2C總線物理拓撲結構

I2C 總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行數據線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來 產生I2C總線協議所需要的信號進行數據的傳遞。在總線空閑狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

I2C總線特征

I2C總線上的每一個設備都可以作為主設備或者從設備，而且每一個設備都會對應一個唯一的地址(可以從I2C器件的數據手冊得知)，主從設備之間就通過這 個地址來確定與哪個器件進行通信，在通常的應用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作為主設備，把掛接在總線上的其他設備都作為從設備。

I2C總線上可掛接的設備數量受總線的最大電容400pF 限制，如果所掛接的是相同型號的器件，則還受器件地址位的限制。

I2C總線數據傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s。一般通過I2C總線接口可編程時鐘來實現傳輸速率的調整，同時也跟所接的上拉電阻的阻值有關。

I2C總線上的主設備與從設備之間以字節(8位)為單位進行雙向的數據傳輸。

I2C總線協議

I2C協議規定，總線上數據的傳輸必須以一個起始信號作為開始條件，以一個結束信號作為傳輸的停止條件。起始和結束信號總是由主設備產生。總線在空閑狀態 時，SCL和SDA都保持著高電平，當SCL為高電平而SDA由高到低的跳變，表示產生一個起始條件；當SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產生一個 停止條件。在起始條件產生后，總線處于忙狀態，由本次數據傳輸的主從設備獨占，其他I2C器件無法訪問總線；而在停止條件產生后，本次數據傳輸的主從設備 將釋放總線，總線再次處于空閑狀態。如圖所示：

在了解起始條件和停止條件后，我們再來看看在這個過程中數據的傳輸是如何進行的。前面我們已經提到過，數據傳輸以字節為單位。主設備在SCL線上產生每個 時鐘脈沖的過程中將在SDA線上傳輸一個數據位，當一個字節按數據位從高位到低位的順序傳輸完后，緊接著從設備將拉低SDA線，回傳給主設備一個應答位， 此時才認為一個字節真正的被傳輸完成。當然，并不是所有的字節傳輸都必須有一個應答位，比如：當從設備不能再接收主設備發送的數據時，從設備將回傳一個否 定應答位。數據傳輸的過程如圖所示：

在前面我們還提到過，I2C總線上的每一個設備都對應一個唯一的地址，主從設備之間的數據傳輸是建立在地址的基礎上，也就是說，主設備在傳輸有效數據之前 要先指定從設備的地址，地址指定的過程和上面數據傳輸的過程一樣，只不過大多數從設備的地址是7位的，然后協議規定再給地址添加一個最低位用來表示接下來 數據傳輸的方向，0表示主設備向從設備寫數據，1表示主設備向從設備讀數據。如圖所示：

I2C總線操作

對I2C總線的操作實際就是主從設備之間的讀寫操作。大致可分為以下三種操作情況：

第一，主設備往從設備中寫數據。數據傳輸格式如下：

第二，主設備從從設備中讀數據。數據傳輸格式如下：

第三，主設備往從設備中寫數據，然后重啟起始條件，緊接著從從設備中讀取數據；或者是主設備從從設備中讀數據，然后重啟起始條件，緊接著主設備往從設備中寫數據。這種操作在單個主設備系統中，重復的開啟起始條件機制要比用STOP終止傳輸后又再次開啟總線更有效率。數據傳輸格式如下：