简述I2C总线协议
i2c总线物理拓扑结构
i2c 总线在物理连接上非常简单，分别由sda(串行数据线)和scl(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对scl和sda线高低电平时序的控制，来 产生i2c总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。
i2c总线特征
i2c总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(可以从i2c器件的数据手册得知)，主从设备之间就通过这 个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把cpu带i2c总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。相关文章推荐:[通信协议 iic 与 spi 最全对比]。
i2c总线上可挂接的设备数量受总线的最大电容400pf 限制，如果所挂接的是相同型号的器件，则还受器件地址位的限制。
i2c总线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。一般通过i2c总线接口可编程时钟来实现传输速率的调整，同时也跟所接的上拉电阻的阻值有关。
i2c总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。
i2c总线协议
i2c协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生。总线在空闲状态 时，scl和sda都保持着高电平，当scl为高电平而sda由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；当scl为高而sda由低到高的跳变，表示产生一个 停止条件。在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，其他i2c器件无法访问总线；而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备 将释放总线，总线再次处于空闲状态。如图所示：
在了解起始条件和停止条件后，我们再来看看在这个过程中数据的传输是如何进行的。前面我们已经提到过，数据传输以字节为单位。主设备在scl线上产生每个 时钟脉冲的过程中将在sda线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低sda线，回传给主设备一个应答位， 此时才认为一个字节真正的被传输完成。当然，并不是所有的字节传输都必须有一个应答位，比如：当从设备不能再接收主设备发送的数据时，从设备将回传一个否 定应答位。数据传输的过程如图所示：
[]
在前面我们还提到过，i2c总线上的每一个设备都对应一个唯一的地址，主从设备之间的数据传输是建立在地址的基础上，也就是说，主设备在传输有效数据之前 要先指定从设备的地址，地址指定的过程和上面数据传输的过程一样，只不过大多数从设备的地址是7位的，然后协议规定再给地址添加一个最低位用来表示接下来 数据传输的方向，0表示主设备向从设备写数据，1表示主设备向从设备读数据。如图所示：
i2c总线操作
对i2c总线的操作实际就是主从设备之间的读写操作。大致可分为以下三种操作情况：
第一，主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：
第二，主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：
第三，主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。这种操作在单个主设备系统中，重复的开启起始条件机制要比用stop终止传输后又再次开启总线更有效率。数据传输格式如下：
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在了解起始条件和停止条件后，我们再来看看在这个过程中数据的传输是如何进行的。前面我们已经提到过，数据传输以字节为单位。主设备在scl线上产生每个 时钟脉冲的过程中将在sda线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低sda线，回传给主设备一个应答位， 此时才认为一个字节真正的被传输完成。当然，并不是所有的字节传输都必须有一个应答位，比如：当从设备不能再接收主设备发送的数据时，从设备将回传一个否 定应答位。数据传输的过程如图所示：
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第一，主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：
第二，主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：
第三，主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。这种操作在单个主设备系统中，重复的开启起始条件机制要比用stop终止传输后又再次开启总线更有效率。数据传输格式如下：
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