IIC总线

From 尚硅谷

1.1 概述

    I²C（Inter-Integrated Circuit），通常简称为IIC，是一种用在集成电路（IC）之间的串行通信总线。它是由Philips（现在的NXP半导体）在上世纪80年代开发的，并在之后广泛应用于各种电子设备和嵌入式系统中。

1.2 信号线

    I²C为同步串行通信，使用两根线路进行通信，分别是数据线（SDA）和时钟线（SCL），SDA线用于数据传输，SCL线用于数据传输的同步。SCL的每个时钟周期，SDA传输一位数据。

    I²C规定，数据的接收方会在每个时钟周期的高电平期间读取数据，具体来讲就是在SCL处于高电平时，读取SDA上的数据，如下图所示。

 因此，SDA必须在SCL低电平期准备好要发送的下一位数据，然后在SCL高电平期间保持稳定。

1.3 主从架构

    I²C采用主从架构，一个主设备可连接多个从设备。主设备负责发起通信和控制总线，而从设备负责响应主设备的请求。如下图所示。

    I²C总线中的每个设备都有一个唯一的地址（用7位二进制数字表示），用于在总线上标识自己。主设备可以根据地址选择性的与特定的从设备进行通信。

 需要注意的是，SCL信号线上的时钟信号始终由主设备产生，而SDA信号线上的数据信号既可由主设备产生，也可由从设备产生。当主设备向从设备发送数据时，SDA信号由主设备产生，从设备接收信号；当主设备从从设备读取数据时，SDA信号由从设备产生，主设备接收信号。

1.4 通信协议

1.4.1 空闲状态

    I²C协议规定，当SDA和SCL均为高电平时，总线为空闲状态。

1.4.2 起始和结束信号

 主设备和从设备间的每次通信，都需要以一个起始信号开始，以一个结束信号终止。起始信号和结束信号的定义如下：

 起始信号：当SCL处于高电平时，SDA由高变低。

 停止信号：当SCL处于高电平时，SDA由低变高。

 如下图所示。

 起始信号和结束信号，都只能由主设备产生。

1.4.3 确认信号

 I²C协议规定，发送方每发送一个字节（8位）的数据，接收方都要向发送方回复一个1位的确认信号，如下图所示。

 如果该确认信号为0表示接收方已成功接收到该字节，发送方可继续发送下一字节，这个信号在I²C协议中称为ACK（Acknowledge）；如果该信号为1，则表示接收方未能成功接收到该字节，或者不希望接收更多数据，该信号在I²C协议中称为NACK（Not Acknowledge）。

1.4.4 从机地址和读写标识

 由于一个I²C总线上可能有多个从设备，所以开始通信前，主设备需要先与目标设备取得联系，然后再进行数据传输，除此之外，主机还需要向目标设备明确本次通信的操作是写数据还是读数据。

 上述操作的实现思路如下：

 当主设备发送起始信号之后，会向所有设备发送一个字节的数据，这一个字节中，前7位为目标设备地址，第8位为读/写标识（1表示读，0表示写），如下图所示。

 当各从设备收到这个字节的数据后，会将7位地址与自身进行对比，相同则会向主设备回复确认信号，不相同则不做任何回应。

 当主设备收到目标设备的确认信号后，便会开始与该设备进行通信。

1.4.5 完整通信流程

 综上所述，当主设备想要与某个从设备进行通信时，需要经历如下流程。

 （1）发送起始信号

 （2）发送目标从设备地址+读写标识位

 （3）接收从设备回复的确认信号

 （4）与从设备进行数据传输（发送/接收）

 （5）发送终止信号