I2C总线协议学习笔记
?一、引言
I2C（Inter-IntegratedCircuit）总线是一种由飞利浦公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它具有简单、高效、可靠等优点，被广泛应用于各种电子设备中。学习I2C总线协议对于深入理解和开发嵌入式系统具有重要意义。
二、I2C总线概述
2.1总线结构
I2C总线由数据线（SDA）和时钟线（SCL）两条线组成。多个I2C设备连接到这两条总线上，通过这两条线进行数据传输和通信同步。
2.2设备角色
-主设备（Master）：发起通信的设备，负责产生时钟信号，并控制数据的传输方向。
-从设备（Slave）：响应主设备请求的设备，具有唯一的地址。
2.3通信方式
I2C总线采用半双工通信方式，即同一时刻只能进行单向数据传输。主设备可以向从设备发送数据（写操作），也可以从从设备接收数据（读操作）。
三、I2C总线电气特性
3.1逻辑电平
-高电平：VDD-0.3V到VDD。
-低电平：0V到0.3V。
3.2上拉电阻
为了保证总线在空闲时处于高电平状态，通常需要在SDA和SCL线上连接上拉电阻。上拉电阻的大小一般在几千欧姆到几十千欧姆之间。
3.3最大总线速度
I2C总线的速度受到多种因素的限制，常见的标准模式速度为100kHz，快速模式速度可达400kHz，高速模式速度可达到3.4MHz。
四、I2C总线通信协议
4.1起始条件（StartCondition）
主设备在SCL为高电平时，将SDA线从高电平拉到低电平，产生一个起始条件，表示通信开始。
4.2停止条件（StopCondition）
主设备在SCL为高电平时，将SDA线从低电平拉到高电平，产生一个停止条件，表示通信结束。
4.3数据传输
-字节传输：每个字节由8位组成，在SCL的低电平期间，主设备将数据位发送到SDA线上，从设备在SCL的高电平期间读取数据位。
-应答信号（ACK）：每传输一个字节后，从设备需要返回一个应答信号。主设备在第9个时钟周期释放SDA线，从设备拉低SDA线表示应答，拉高SDA线表示非应答。
4.4地址传输
-7位从设备地址：用于标识总线上的不同从设备，前7位为地址位，第8位为读写位（0表示写操作，1表示读操作）。
-10位从设备地址：在一些扩展模式下，使用10位从设备地址，前2位固定为11，后8位为设备地址。
五、I2C总线通信过程
5.1写操作
1.主设备发送起始条件。
2.主设备发送从设备地址（写）。
3.从设备应答。
4.主设备发送数据字节。
5.从设备应答。
6.重复步骤4和5，直到所有数据发送完毕。
7.主设备发送停止条件。
5.2读操作
1.主设备发送起始条件。
2.主设备发送从设备地址（读）。
3.从设备应答。
4.主设备接收数据字节。
5.主设备发送应答信号。
6.重复步骤4和5，直到所有数据接收完毕。
7.主设备发送非应答信号（最后一个字节）。
8.主设备发送停止条件。
六、I2C总线仲裁与同步
6.1仲裁
当多个主设备同时尝试控制总线时，通过仲裁机制来决定哪个主设备获得总线控制权。仲裁基于SDA和SCL线上的电平进行，哪个主设备发送的电平与总线电平不一致，就会放弃总线控制权。
6.2同步
I2C总线通过时钟信号（SCL）进行通信同步。主设备产生时钟信号，从设备根据时钟信号进行数据的接收和发送。在数据传输过程中，主设备和从设备需要保持时钟同步，以确保数据的正确传输。
七、I2C总线的应用实例
7.1EEPROM读写
EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory）是一种常用的非易失性存储芯片，通过I2C总线可以方便地进行数据的读写操作。
1.初始化I2C总线：设置总线速度、引脚配置等。
2.发送写命令：向EEPROM发送写命令，指定要写入的地址。
3.发送数据：将数据字节依次发送到EEPROM。
4.等待写入完成：EEPROM写入数据需要一定时间，等待写入完成标志。
5.发送读命令：向EEPROM发送读命令，指定要读取的地址。
6.读取数据：从EEPROM读取数据字节。
7.2温度传感器读取
温度传感