I2C通信协议

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1、I2C通信的基本流程

        

2、I2C的数据帧格式

        起始条件:SCL高电平期间,SDA从高电平切换到低电平                                                       

        终止条件:SCL高电平期间,SDA从低电平切换到高电平

        发送一个字节:SCL低电平期间,主机将数据位依次放到SDA线上(高位先行),然后释放SCL,从机将在SCL高电平期间读取数据位,所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化,依次循环上述过程8次,即可发送一个字节

        接收一个字节:SCL低电平期间,从机将数据位依次放到SDA线上(高位先行),然后释放SCL,主机将在SCL高电平期间读取数据位,所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化,依次循环上述过程8次,即可接收一个字节(主机在接收之前,需要释放SDA)

Tip:I2C发送数据是高位先行(看图),串口发送数据是低位先行

举例:

        1、串口(UART)发送

                规则:低位先行

        在串口通信中,起始位(低电平)之后,紧跟着发送的是数据的最低位(bit 0)

发送顺序:

  1. 起始位:拉低电平(开始)

  2. bit 00(最低位,波形:低)

  3. bit 10

  4. bit 20

  5. bit 30

  6. bit 41

  7. bit 51

  8. bit 60

  9. bit 70(最高位)

  10. 停止位:拉高电平(结束)

二进制流(从左到右是时间先后)

[起始] 0 0 0 0 1 1 0 0 [停止]

如果你用示波器抓串口的TX脚
你会看到数据位是 00001100(反过来看的),但示波器通常直接解析成 0x30

        2、I2C发送

                规则:高位先行

        在I2C通信中,SCL时钟配合下,SDA上先发送的是数据的最高位(bit 7)

发送顺序(仅数据字节部分,忽略起始/应答条件):

  1. bit 70(最高位)

  2. bit 60

  3. bit 51

  4. bit 41

  5. bit 30

  6. bit 20

  7. bit 10

  8. bit 00(最低位)

二进制流(从左到右是时间先后)

0 0 1 1 0 0 0 0

如果你用示波器抓I2C的SDA线
你会看到数据位是 00110000,这恰好就是 0x30 的二进制正序书写形式。

        3、直观对比(示波器眼里的样子)

        为了帮助你记忆,这里有一个非常直观的“书写对照”

协议 二进制值 0x30 你在纸上写的二进制 实际线上先发的比特 波形从左到右的顺序
串口 0011 0000 MSB -> LSB LSB (最右边) 00001100(反着)
I2C 0011 0000 MSB -> LSB MSB (最左边) 00110000(正着)

        记忆口诀:

        串口是反着发的(先发低位)。

        I2C是正着发的(先发高位)。
 

        发送应答:主机在接收完一个字节之后,在下一个时钟发送一位数据,数据0表示应答,数据1表示非应答

        接收应答:主机在发送完一个字节之后,在下一个时钟接收一位数据,判断从机是否应答,数据0表示应答,数据1表示非应答(主机在接收之前,需要释放SDA)

3、寻址

        

这里其实有争议:

        (1)左移后末尾变1

        (2)直接末尾变1

到底是哪一种,等作者实践之后给出答案。

        如果有相同地址(相同型号芯片地址一般相同)的芯片挂载在同一根总线下呢?:可以通过更改芯片地址的可变部分

4、I2C时序

        1、指定地址写

                对于指定设备(Slave Address),在指定地址(Reg Address)下,写入指定数据(Data)

        2、当前地址读

                对于指定设备(Slave Address),在当前地址指针指示的地址下,读取从机数据(Data)   

        3、指定地址读

                对于指定设备(Slave Address),在指定地址(Reg Address)下,读取从机数据(Data)