SDA(串行数据) - 主站和从站发送和接收数据的线路。
SCL(串行时钟) - 承载时钟信号的线路。
I2C是一种串行通信协议，因此数据沿着单线(SDA线)逐位传输。
与SPI一样，I2C是同步的，因此位输出通过主机和从机之间共享的时钟信号与位采样同步。时钟信号始终由主机控制。
I2C如何工作
使用I2C时，数据被转换成messages，messages则被分解为数据帧。每条messages都有一个地址帧，其中包含从站的二进制地址，以及一个或多个包含正在传输的数据的数据帧。该消息还包括每个数据帧之间的启动和停止条件，读/写位和ACK / NACK位：
启动条件：在SCL线路从高电平切换到低电平之前，SDA线路从高电平切换到低电平。
停止条件：SCL线路从低电平切换到高电平后，SDA线路从低电平切换到高电平。
地址帧：每个从站唯一的7或10位序列，用于在主站想与之通信时识别从站。
读/写位：单个位，指定主器件是向从器件发送数据(低电压电平)还是从器件请求数据(高电压电平)。
ACK / NACK位：消息中的每个帧后跟一个应答/不应答位。如果成功接收到地址帧或数据帧，则从接收设备向发送方返回ACK位。
地址
I2C没有像SPI这样的从选择线，因此它需要另一种方法让从器件知道数据正在发送给它，而不是另一个从器件。它通过地址来做到这一点。地址帧始终是新消息中起始位之后的第一帧。
主设备将与其通信的从设备的地址发送给与其连接的每个从设备。然后，每个从设备将从主设备发送的地址与其自己的地址进行比较。如果地址匹配，则将低电压ACK位发送回主机。如果地址不匹配，则从器件不执行任何操作，SDA线保持高电平。
读/写位
地址帧在末尾包括一个位，用于通知从设备，主设备是想要向其写入数据还是从主设备接收数据。如果主设备想要向从设备发送数据，则读/写位是低电平。如果主设备向从设备请求数据，则该位是高电平。
数据框架
在主设备检测到来自从设备的ACK位之后，准备好发送第一个数据帧。
数据帧始终为8位长，并以最高有效位先发送。紧接着每个数据帧的ACK / NACK位以验证帧已被成功接收。在发送下一个数据帧之前，主机或从机必须接收ACK位(取决于发送数据的人)。
在发送了所有数据帧之后，主设备可以向从设备发送停止条件以停止传输。停止条件是SCL线上从低电平到高电平转换后，SDA线上从低电平变为高电平，SCL线保持高电平。
I2C数据传输步骤
1.主机向每一个连接的从设备发送数据，然后将SDA信号从高切换到低，之后在将SCL从高切换到低电平。
2.主设备向每个从设备发送它想要与之通信的从设备的7或10位地址，以及读/写位：
3.每个从设备将主设备发送的地址与其自己的地址进行比较。如果地址匹配，则从器件通过将SDA线拉低一位来返回ACK位。如果主设备的地址与从设备的地址不匹配，则从设备将SDA线保持为高电平。
4.主设备发送或接收数据帧：
5.在传输了每个数据帧之后，接收设备将另一个ACK位返回给发送方以确认成功接收到该帧：
6.要停止数据传输，主机通过在将SDA切换为高电平之前切换SCL为高电平来向从机发送停止条件：
有多个从设备的单一主设备
由于I2C使用寻址，因此可以从单个主设备控制多个从设备。使用7位地址，可以使用128(27)个唯一地址。使用10位地址并不常见，但提供1,024(210)个唯一地址。要将多个从器件连接到单个主器件，请像这样连接它们，使用4.7K欧姆上拉电阻将SDA和SCL线连接到Vcc：
有多个从设备及多个主设备
多个主设备可以连接到单个从设备或多个从设备。当两个主设备尝试通过SDA线同时发送或接收数据时，同一系统中出现多个主设备的问题。为了解决这个问题，每个主设备需要在发送消息之前检测SDA线路是低还是高。如果SDA线为低电平，则表示另一个主控制器已控制总线，主控制器应等待发送消息。如果SDA线路很高，那么传输信息是安全的。要将多个主设备连接到多个从设备，请使用下图，使用4.7K欧姆上拉电阻将SDA和SCL线路连接到Vcc：
I2C的优点和缺点
与其他协议相比，I2C听起来很复杂，不容易在程序中实现而导致数据丢失、无应答、“死等”等问题。但却有很多优点：
优点
只使用两根电线
支持多个主服务器和多个从服务器
ACK / NACK位确认每个帧都已成功传输
硬件没有UART那么复杂
众所周知且广泛使用的协议
缺点
数据传输速率比SPI慢
数据帧的大小限制为8位
实现比SPI更复杂的硬件
发表于 2019-9-5 09:27:39
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