i2c总线协议的工作原理详解

 

         一、概述

　　1、I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。 SCL：上升沿将数据输入到每个EEPROM器件中；下降沿驱动EEPROM器件输出数据。（边沿触发）

　　SDA：双向数据线，为OD门，与其它任意数量的OD与OC门成\线与\关系。

　　I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平（SDL=1;SCL=1）。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。

　　2、主设备与从设备

　　系统中的所有外围器件都具有一个7位的\从器件专用地址码\，其中高4位为器件类型，由生产厂家制定，低3位为器件引脚定义地址，由使用者定义。主控器件通过地址码建立多机通信的机制，因此I2C总线省去了外围器件的片选线，这样无论总线上挂接多少个器件，其系统仍然为简约的二线结构。终端挂载在总线上，有主端和从端之分，主端必须是带有CPU的逻辑模块，在同一总线上同一时刻使能有一个主端，可以有多个从端，从端的数量受地址空间和总线的最大电容 400pF的限制。

　　主端主要用来驱动SCL line； 从设备对主设备产生响应；

　　二者都可以传输数据，但是从设备不能发起传输，且传输是受到主设备控制的。

　　二、协议

       1.空闲状态

　　I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。

　　此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

　　2.起始位与停止位的定义： 起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

　　停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

　　起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。

　　接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。

　　3.ACK

　　发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。 应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。 对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

　　如下图逻辑分析仪的采样结果：释放总线后，如果没有应答信号，sda应该一直持续为高电平，但是如图中蓝色虚线部分所示，它被拉低为低电平，证明收到了应答信号。 这里面给我们的两个信息是：1）接收器在SCL的上升沿到来之前的低电平期间拉低SDA；2）应答信号一直保持到SCL的下降沿结束；正如前文红色标识所指出的那样。

　　4.数据的有效性：

　　I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

　　5.数据的传送：

　　在I2C总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。