详解I2C接口协议

I2C总线是由荷兰皇家飞利浦Philips公司(现恩智浦NXP半导体)开发的一种简单的双向两线制总线协议标准。

1953年，荷兰皇家飞利浦公司半导体事业部成立；

2006年，该业务部门从飞利浦拆分成立NXP Semiconductors-恩智浦半导体。NXP这个名字来自 “新的体验”Next Experience；

2010年，恩智浦在美国纳斯达克上市；

2015年，恩智浦收购了由摩托罗拉创立的飞思卡尔半导体，成为全球前十大非存储类半导体公司，及全球最大的汽车半导体供应商（Strategy Analytics);

2019年，恩智浦以17.6亿美金收购Marvell公司的WiFi和蓝牙连接业务资产;

回到主题，详解I2C接口协议：

START and STOP

START and STOP conditions由主机产生，具体参加下图：
  START：SCL为高期间，SDA由高->低； STOP  ：SCL为高期间，SDA由低->高；

Data validity

SCL为高期间，SDA必须保持稳定；SDA仅在SCL为低期间发生变化；

Byte传输、ACK应答

信号传输以Byte为单位，每个字节后都由1bit的应答信号。

MSB先发，LSB最后（I2C/SPI都是MSB先发，而UART是LSB先发）。

当Slave正处理其内部中断而无法接收I2C Master数据时，Slave可拉低SCL以使得Master进入等待状态。

写操作时，应答信号由从机产生； 读操作时，应答信号由主机产生；   有时候，读写并不能收到应答信号：有以下五种情况  

I2C总线上没有主机所指定地址的从机设备；

从机正执行一些real-time function，还没准备好与主机通讯；

主机发送的一些控制命令，从机不支持；

从机缓存满，不能再接收新的数据；

主机接收从机数据时，主机产生非应答信号，通知从机数据传输结束，不要再发数据了；

Slave Address、R/W bit

Start信号之后，Master发送7bit的Slave地址，紧接着是1bit的读写控制信号，“0”写，“1”读。也有10bit Slave地址的Device，下文讲解。

通常以主机发送Stop信号结束传输，若Master想继续传输，可以不用产生Stop，直接再次产生Start信号然后发送另一个Slave Device地址并进行通信。
 

I2C写时序

向指定寄存器地址写入指定数据操作时序：

I2C读时序

从指定寄存器地址读取数据操作时序：注意，读数据时有两次起始信号。

    10bit Slave Address

上文描述的Slave Address都是7bit的，为什么要用10bit地址，当然是为了拓展支持可能的设备数，目前10bit地址设备尚未广泛使用。

那Slave Address是10bit的话又如何通信？

如下图，将10bit地址分拆成2bit、8bit进行两次传输即可。注意11110xx是Reserve address，后面2bit的xx是10bit地址的最高2bit。

10位地址写时序：

10位地址读时序：

 

I2C保留字节

I2C Start起始位之后的第一个字节，除了厂商指定的设备地址外，还有一些保留字节，主要有两组0000 xxx和1111 xxx：上述的10位地址模式，就是使用到了最后一种保留字节。

审核编辑：黄飞