I2C总线通信的过程有哪些？

I2C通信特征

1.1、物理接口：SCL + SDA

(1)SCL(serial clock)：时钟线，传输CLK信号，一般是I2C主设备向从设备提供时钟的通道。

(2)SDA(serial data): 数据线，通信数据都通过SDA线传输

1.2、通信特征：串行、同步、非差分、低速率

串行：只有一根数据线，每次传输一个bit位;

同步：主设备和从设备的工作时钟频率是一样的，主设备通过SCL时钟线给从设备提供时钟频率;

非差分：因为I2C通信速率不高，而且通信双方距离很近，一般是板级通信，所以使用电平信号通信;

低速率：I2C一般是用在同一个板子上的2个IC之间的通信，而且用来传输的数据量不大，所以本身通信速率很低。一般几百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具体在编程的时候要看自己所使用的设备允许的I2C通信最高速率，不能超过这个速率;

1.3、通信模式：主设备+从设备

(1)I2C通信时，通信设备之间的地位是平等的，分为主设备和从设备，其中主设备一个、从设备多个。主设备要主导整个通信过程，从设备根据I2C协议被动的响应主设备;

(2)在I2C通信中，没有规定谁做主设备、谁做从设备，是通信双方自己协商的。一个设备在同一时间只能做主设备或者从设备，但是有的设备可以通过软件配置来决定在此次通信时做主设备还是从设备。

I2C总线是Philips公司在八十年代初推出的一种串行、半双工的总线，主要用于近距离、低速的芯片之间的通信;I2C总线有两根双向的信号线，一根数据线SDA用于收发数据，一根时钟线SCL用于通信双方时钟的同步;I2C总线硬件结构简单，简化了PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性，因此在各个领域得到了广泛应用。

I2C总线是一种多主机总线，连接在 I2C总线上的器件分为主机和从机。主机有权发起和结束一次通信，从机只能被动呼叫;当总线上有多个主机同时启用总线时，I2C也具备冲突检测和仲裁的功能来防止错误产生;每个连接到I2C总线上的器件都有一个唯一的地址(7bit)，且每个器件都可以作为主机也可以作为从机(但同一时刻只能有一个主机)，总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作;I2C总线在通信时总线上发送数据的器件为发送器，接收数据的器件为接收器。

I2C总线可以通过外部连线进行在线检测，便于系统故障诊断和调试，故障可以立即被寻址，软件也有利于标准化和模块化，缩短开发时间。

I2C总线上可挂接的设备数量受总线的最大电容400pF限制。

串行的8位双向数据传输速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。

总线具有极低的电流消耗，抗噪声干扰能力强，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m;兼容不同电压等级的器件，工作温度范围宽。

2、通信过程

主机发送起始信号启用总线

主机发送一个字节数据指明从机地址和后续字节的传送方向

被寻址的从机发送应答信号回应主机

发送器发送一个字节数据

接收器发送应答信号回应发送器

…….. (循环步骤4、5)

通信完成后主机发送停止信号释放总线

第4步和第5步用的是发送器和接收器，不是主机和从机，这是由第一个字节的最后一位决定主给从发，还是从给主发。

也就是说，第一个字节和最后的停止信号一定是主机发给从机，但中间就不一定了。

发送数据过程中不允许改变发送方向(除非重启一次通信，详见后文典型I2C时序(3)部分)。

3、寻址方式

I2C总线上传送的数据是广义的，既包括地址，又包括真正的数据。

主机在发送起始信号后必须先发送一个字节的数据，该数据的高7位为从机地址，最低位表示后续字节的传送方向，‘0’表示主机发送数据给->从机，‘1’表示从机发送数据给->主机。

总线上所有的从机接收到该字节数据后都将这7位地址与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己被主机寻址，然后再根据第8位将自己定为发送器或接收器。

4、起始信号和停止信号

SCL为高电平时，SDA由高变低表示起始信号;

SCL为高电平时，SDA由低变高表示停止信号;

起始信号和停止信号都是由主机发出，起始信号产生后总线处于占用状态，停止信号产生后总线被释放，处于空闲状态。

空闲时，SCL与SDA都是高电平。

I2C(IIC)属于两线式串行总线，由飞利浦公司开发用于微控制器(MCU)和外围设备(从设备)进行通信的一种总线，属于一主多从(一个主设备(Master)，多个从设备(Slave))的总线结构，总线上的每个设备都有一个特定的设备地址，以区分同一I2C总线上的其他设备。

物理I2C接口有两根双向线，串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)组成，可用于发送和接收数据，但是通信都是由主设备发起，从设备被动响应，实现数据的传输。

I2C主设备与从设备的一般通信过程

一. 主设备给从设备发送/写入数据：

1.主设备发送起始(START)信号

2. 主设备发送设备地址到从设备

3. 等待从设备响应(ACK)

4. 主设备发送数据到从设备，一般发送的每个字节数据后会跟着等待接收来自从设备的响应(ACK)

5.数据发送完毕，主设备发送停止(STOP)信号终止传输

二. 主设备从从设备接收/读取数据

1.设备发送起始(START)信号

2. 主设备发送设备地址到从设备

3. 等待从设备响应(ACK)

4.主设备接收来自从设备的数据，一般接收的每个字节数据后会跟着向从设备发送一个响应(ACK)

5.一般接收到最后一个数据后会发送一个无效响应(NACK)，然后主设备发送停止(STOP)信号终止传输

注：具体通信过程需视具体时序图而定

I2C通信的实现

一.使用I2C

控制器

实现

就是使用芯片上的I2C外设，也就是硬件I2C，它有相应的I2C驱动电路，有专用的IIC引脚，效率更高，写代码会相对简单，只要调用I2C的控制函数即可，不需要用代码去控制SCL、SDA的各种高低电平变化来实现I2C协议，只需要将I2C协议中的可变部分(如：从设备地址、传输数据等等)通过函数传参给控制器，控制器自动按照I2C协议实现传输，但是如果出现问题，就只能通过示波器看波形找问题。

二.使用GPIO通过软件

模拟

实现

软件模拟I2C比较重要，因为软件模拟的整个流程比较清晰，哪里出来bug，很快能找到问题，模拟一遍会对I2C通信协议更加熟悉。

如果芯片上没有IIC控制器，或者控制接口不够用了，通过使用任意IO口去模拟实现IIC通信协议，手动写代码去控制IO口的电平变化，模拟IIC协议的时序，实现IIC的信号和数据传输，下面会讲到根据通信协议如何用软件去模拟。

I2C通信协议

IIC总线协议无非就是几样东西：起始信号、停止信号、应答信号、以及数据有效性。

一. 空闲状态

时钟线(SCL)和数据线(SDA)接上拉电阻，默认高电平，表示总线是空闲状态。

二. 从设备地址

从设备地址用来区分总线上不同的从设备，一般发送从设备地址的时候会在最低位加上读/写信号，比如设备地址为0x50，0表示读，1表示写，则读数据就会发送0x50，写数据就会发送0x51。