STM32(十一)I2C协议介绍

一、I2C协议简介

• I2C是一种通信协议，由Phiilps公司开发。
• 引脚少（SCL和SDA总线），硬件实现简单，可扩展性强。
• 分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。
• 协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

1、物理层介绍

I2C通信设备之间的常见连接方式：

 

 它的物理层有如下特点:

(1) 它是一个支持设备的总线。 “总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。.

(2)一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA)，一-条串行时钟线(SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

(3)每个连接到总线的设备都有-一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

(4)总线通过上拉电阻接到电源。当I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

(5) 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突， 会利用仲裁方式决定由哪个设备 占用总线。

(6)具有三种传输模式:标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。.

(7)连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF限制。

(8)发送方发送一段数据后，接收方需要回应一个ACK。这个响应本身只有1个bit位，不能携带有效信息，只能表示2个意思（要么表示收到数据，即有效响应；要么表示未收到数据，无效响应），需要注意的是，到第九个周期的时候，主设备会释放SDA，即让其变为高电平，从设备会主动来拉低SDA，主设备会读取此时的SDA，若读取此时的SDA为低电平则表示从设备已经收到刚刚发送的信息，若读取此时的SDA为高电平则表示从设备没有收到刚刚发送的信息。

 

 2、协议层

     I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播。

主机向从机读写数据的过程：

 

 R/W: 传输方向选择位，1 为读，0为写

A/A :应答(ACK)或非应 答(NACK)信号

P :停止传输信号

这些图表示的是主机和从机通讯时，SDA线的数据包序列。其中S表示由主机的I2C接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到I2C总线上的所有从机都会接收到这个信号。

起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号(SLAVE_ ADDRESS)。在I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一-的， 当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据I2C协议，这个从机地址可以是7位或10位。

在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0时，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为1时，则相反，即主机由从机读数据。从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

• 写数据

　　若配置的方向传输位为“写数据”方向，即第一幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输N个数据，这个N没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一一个停 止传输信号(P)，表示不再传输数据。

• 读数据

　　若配置的方向传输位为“读数据”方向，即第二幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为8位，从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回N个数据，这个N也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输。

• 读和写数据

　　除了基本的读写，I2C通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有两次起始信号(S)。- -般在第一次传输中，主机通过SLAVE _ADDRESS寻找到从设备后，发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与SLAVE_ ADDRESS的区别);在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。