i2c协议简要分析（转载）

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源地址：
http://www.cnblogs.com/zym0805/archive/2011/07/31/2122890.html
http://blog.csdn.net/lxl123/article/details/22884719

I2C协议

简介

I2C是由Philips公司发明的一种串行数据通信协议，仅使用两根信号线：SerialClock（简称SCL）和SerialData（简称SDA）。I2C是总线结构，1个Master，1个或多个Slave，各Slave设备以7位地址区分，地址后面再跟1位读写位，表示读（=1）或者写（=0），所以我们有时也可看到8位形式的设备地址，此时每个设备有读、写两个地址，高7位地址其实是相同的。

数据格式

I2C数据格式如下：
无数据：SCL=1，SDA=1；
开始位（Start）：当SCL=1时，SDA由1向0跳变；
停止位（Stop）：当SCL=1时，SDA由0向1跳变；
数据位：当SCL由0向1跳变时，由发送方控制SDA，此时SDA为有效数据，不可随意改变SDA；
当SCL保持为0时，SDA上的数据可随意改变；
地址位：定义同数据位，但只由Master发给Slave；
应答位（ACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=0；
否应答位（NACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=1。

传输过程

当数据为单字节传送时，格式为：
开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，停止位。
当数据为一串字节传送时，格式为：
开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，8位数据，应答，……，8位数据，应答，停止位。

注意事项

1. SCL一直由Master控制，SDA依照数据传送的方向，读数据时由Slave控制SDA，写数据时由Master控制SDA。当8位数据传送完毕之后，应答位或者否应答位的SDA控制权与数据位传送时相反。
2. 开始位“Start”和停止位“Stop”，只能由Master来发出。
3. 地址的8位传送完毕后，成功配置地址的Slave设备必须发送“ACK”。否则否则一定时间之后Master视为超时，将放弃数据传送，发送“Stop”。
4. 当写数据的时候，Master每发送完8个数据位，Slave设备如果还有空间接受下一个字节应该回答“ACK”，Slave设备如果没有空间接受更多的字节应该回答“NACK”，Master当收到“NACK”或者一定时间之后没收到任何数据将视为超时，此时Master放弃数据传送，发送“Stop”。
5. 当读数据的时候，Slave设备每发送完8个数据位，如果Master希望继续读下一个字节，Master应该回答“ACK”以提示Slave准备下一个数据，如果Master不希望读取更多字节，Master应该回答“NACK”以提示Slave设备准备接收Stop信号。
6. 当Master速度过快Slave端来不及处理时，Slave设备可以拉低SCL不放（SCL=0将发生“线与”）以阻止Master发送更多的数据。此时Master将视情况减慢或结束数据传送。

伪代码实现

起始位，停止位

/* 
函数：I2C_Start() 
功能：产生I2C总线的起始状态 
说明： 
 SCL处于高电平期间，当SDA出现下降沿时启动I2C总线 
 不论SDA和SCL处于什么电平状态，本函数总能正确产生起始状态 
 本函数也可以用来产生重复起始状态 
 本函数执行后，I2C总线处于忙状态 
*/  
void I2C_Start()  
{  
 EA=0;  
  
 I2C_SCL = 1;  
 I2C_Delay();  
 I2C_SDA = 1;  
 I2C_Delay();  //起始条件建立时间大于4.7us延时  
 I2C_SDA = 0;  //发送起始信号  
 I2C_Delay();  
 I2C_SCL = 0;  //钳住I2C总线，准备发送或接收数据  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
}  
  
/* 
函数：I2C_Stop() 
功能：产生I2C总线的停止状态 
说明： 
 SCL处于高电平期间，当SDA出现上升沿时停止I2C总线 
 不论SDA和SCL处于什么电平状态，本函数总能正确产生停止状态 
 本函数执行后，I2C总线处于空闲状态 
*/  
void I2C_Stop()  
{  
 unsigned int t = I2C_STOP_WAIT_VALUE;  
  
 I2C_SDA = 0;  //发送结束条件的数据信号  
 I2C_Delay();  
  
 I2C_SCL = 1;  //发送结束条件的时钟信号  
 I2C_Delay();  
 I2C_SDA = 1;  //发送I2C总线结束信号  
 I2C_Delay();  
 EA=1;  
 while ( --t != 0 );  //在下一次产生Start之前，要加一定的延时  
}

单字节读和写

/* 
函数：I2C_Write() 
功能：向I2C总线写1个字节的数据 
参数： 
 dat：要写到总线上的数据 
*/  
void I2C_Write(unsigned char dat)  
{  
  /*发送1，在SCL为高电平时使SDA信号为高*/  
  /*发送0，在SCL为高电平时使SDA信号为低*/  
 unsigned char t ;  
 for(t=0;t<8;t++)  
 {  
  
  I2C_SDA = (bit)(dat & 0x80);  
  I2C_Delay();  
  I2C_SCL = 1;  //置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位  
  I2C_Delay();  
  I2C_SCL = 0;    
  I2C_Delay();  
  dat <<= 1;  
 }  
  
  
}  
  
  
/* 
函数：I2C_Read() 
功能：从从机读取1个字节的数据 
返回：读取的一个字节数据 
*/  
unsigned char I2C_Read()  
{  
 unsigned char dat=0;  
 unsigned char t ;  
 bit temp;  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
 I2C_SDA = 1; //在读取数据之前，要把SDA拉高  
  
 I2C_Delay();  
   
 for(t=0;t<8;t++)  
 {  
  I2C_SCL = 0; /*接受数据*/  
  I2C_Delay();  
  I2C_SCL = 1;//置时钟线为高使数据线上升沿数据有效  
  I2C_Delay();  
  temp = I2C_SDA;  
  dat <<=1;  
  if (temp==1) dat |= 0x01;     
 }  
   
  I2C_SCL = 0;  
  I2C_Delay();  
  
 return dat;  
}  

ACK & NACK

/* 
函数：I2C_GetAck() 
功能：读取从机应答位 
返回： 
 0：从机应答 
 1：从机非应答 
说明： 
 从机在收到每个字节的数据后，要产生应答位 
 从机在收到最后1个字节的数据后，一般要产生非应答位 
*/  
bit I2C_GetAck()  
{  
 bit ack;  
 unsigned char Error_time=255;  
  
    I2C_Delay();    
 I2C_SDA = 1; /*8位发送完后释放数据线，准备接收应答位 释放总线*/  
 I2C_Delay();  
 I2C_SCL = 1; /*接受数据*/  
 I2C_Delay();  
 do  
 {    
  ack = I2C_SDA;  
    Error_time--;  
   if(Error_time==0)  
   {  
     I2C_SCL = 0;  
   I2C_Delay();  
   return 1;  
   }  
 }while(ack);   //判断是否接收到应答信号  
  
  
 I2C_SCL = 0;  //清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
 return 0;  
}  
  
  
/* 
函数：I2C_PutAck() 
功能：主机产生应答位或非应答位 
参数： 
 ack=0：主机产生应答位 
 ack=1：主机产生非应答位 
说明： 
 主机在接收完每一个字节的数据后，都应当产生应答位 
 主机在接收完最后一个字节的数据后，应当产生非应答位 
*/  
void I2C_PutAck(bit ack)  
{  
  
 I2C_SDA = ack;  //在此发出应答或非应答信号  
 I2C_Delay();  
 I2C_SCL = 1;   //应答  
 I2C_Delay();   
  
 I2C_SCL = 0;  //清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收  ，继续占用  
 I2C_Delay();  //等待时钟线的释放  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
 I2C_Delay();  
  
}  

多字节读和写

/* 
函数：I2C_Puts() 
功能：主机通过I2C总线向从机发送多个字节的数据 
参数： 
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是写标志0） 
 SubAddr：从机的子地址 
 Size：数据的字节数 
 *dat：要发送的数据 
返回： 
 0：发送成功 
 1：在发送过程中出现异常 
*/  
bit I2C_Puts(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, unsigned char Size, char *dat)  
{  
//检查长度  
 if ( Size == 0 ) return 0;  
//确保从机地址最低位是0  
 SlaveAddr &= 0xFE;  
//启动I2C总线  
 I2C_Start();  
//发送从机地址  
 I2C_Write(SlaveAddr);  
 if ( I2C_GetAck() )  
 {  
  I2C_Stop();  
  return 1;  
 }  
//发送子地址  
 I2C_Write(SubAddr);  
 if ( I2C_GetAck() )  
 {  
  I2C_Stop();  
  return 1;  
 }  
//发送数据  
 do  
 {  
  I2C_Write(*dat++);  
  if ( I2C_GetAck() )  
  {  
   I2C_Stop();  
   return 1;  
  }  
 } while ( --Size != 0 );  
//发送完毕，停止I2C总线，并返回结果  
 I2C_Stop();  
 return 0;  
}  
  
  
/* 
函数：I2C_Put() 
功能：主机通过I2C总线向从机发送1个字节的数据 
参数： 
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是写标志0） 
 SubAddr：从机的子地址 
 dat：要发送的数据 
返回： 
 0：发送成功 
 1：在发送过程中出现异常 
*/  
bit I2C_Put(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, char dat)  
{  
 return I2C_Puts(SlaveAddr,SubAddr,1,&dat);  
}  
  
  
/* 
函数：I2C_Gets() 
功能：主机通过I2C总线从从机接收多个字节的数据 
参数： 
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是读标志1） 
 SubAddr：从机的子地址 
 Size：数据的字节数 
 *dat：保存接收到的数据 
返回： 
 0：接收成功 
 1：在接收过程中出现异常 
*/  
bit I2C_Gets(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, unsigned char Size, unsigned char *dat)  
{  
  
//检查长度  
 if ( Size == 0 ) return 0;  
//确保从机地址最低位是0  
 SlaveAddr &= 0xFE; //确保最低位是0  
//启动I2C总线  
 I2C_Start();  
//发送从机地址  
 I2C_Write(SlaveAddr);  
 if ( I2C_GetAck() )  
 {  
  I2C_Stop();  
  return 1;  
 }  
//发送子地址  
 I2C_Write(SubAddr);  
 if ( I2C_GetAck() )  
 {  
  I2C_Stop();  
  return 1;  
 }  
//发送重复起始条件  
 I2C_Start();  
//发送从机地址  
 SlaveAddr |= 0x01;  
 I2C_Write(SlaveAddr);  
 if ( I2C_GetAck() )  
 {  
  I2C_Stop();  
  return 1;  
 }  
//接收数据  
 for (;;)  
 {  
  *dat++ = I2C_Read();  
  if ( --Size == 0 )  
  {  
   I2C_PutAck(1);  
   break;  
  }  
  I2C_PutAck(0);  
 }  
  
//接收完毕，停止I2C总线，并返回结果  
 I2C_Stop();  
 return 0;  
}  
  
  
/* 
函数：I2C_Get() 
功能：主机通过I2C总线从从机接收1个字节的数据 
参数： 
 SlaveAddr：从机地址（高7位是从机地址，最低位是读标志1） 
 SubAddr：从机的子地址 
 *dat：保存接收到的数据 
返回： 
 0：接收成功 
 1：在接收过程中出现异常 
*/  
bit I2C_Get(unsigned char SlaveAddr, unsigned char SubAddr, unsigned char *dat)  
{  
 return I2C_Gets(SlaveAddr,SubAddr,1,dat);  
}