浅谈I2C总线，I2C接口和SPI接口的作用相同

浅谈I2C总线，I2C接口和SPI接口的作用相同

图1. I2C总线连线图

SDA和SCL都是双向的。SPI 总线有两根单独的线，分别用于两个方向的通信，而 I2C 总线不同，它使用同一根线来完成主机发送数据和接收从机响应。另外，与 SPI 总线具有多个工作模式不同，I2C 总线只有一个工作模式，时钟线 SCL 和数据线 SDA 之间的时序关系很简单直观：当空闲的时候，SDA 和 SCL 都是高电平，只有 SDA 变为低电平，接着 SCL 也变为低电平时，才开始 I2C 总线的数据传输。当 SDA 和 SCL 都变为低电平时，就是告诉总线上的所有接收设备数据包的传输开始了，在 SCL 变为低电平后，SDA 才发送第一个有效数据位，这称为开始条件。对于被传输的每一位，当 SCL 为低电平时在 SDA 上必须变为有效，该位是在 SCL 的上升沿对 SDA 上的数据位进行采样的，也必须一直保持有效直到 SCL 再次变为低电平，然后 SDA 就在 SCL 再次变为高电平之前传输下一位。最后，SCL 变为高电平，接着 SDA 也变为高电平，数据传输结束。这被称为结束条件。

图2. I2C总线传输的开始条件和结束条件

无论多大的数据包都可以通过 I2C 总线进行传输。像 SPI 总线一样，I2C 也是高位先传输。如果数据接收者无法再接收更多的数据，它可以通过将SCL保持低电平来中断传输，这样可以迫使数据发送者等待，直到 SCL 被重新释放。发送方发出的每个字节都必须经过接收方确认，每个字节的第8位数据一旦传送结束，发送方就释放数据线 SDA，然后主机在 SCL 上产生一个额外的时钟脉冲，这会触发接收方通过将 SDA 置为低电平来表示接收到的字节进行确认。如果接收方没有能将 SDA 置为低电平，发送方就会中断传输，并且采取适当的错误处理措施。

图3. 带有接收方确认的I2C数据包

由于 I2C 是多主机总线，因此存在同一时刻会有多个主机试图开始数据传输的可能。SPI 总线使用一个独立的片选端来使接收从机有效，每个 SPI 从机都有一个单独的片选端，由主机驱动。I2C 没有这样的选择机制，不过总线上的每个设备都有一个唯一的地址，数据包传输时先发送地址位，接着才是数据。一个地址字节由7个地址位和1个指示位组成。如果指示位是0，意味着这个传输是一个写操作，被选中的从机将接收数据并将其作为输入；如果指示位是1，就要求从机将数据发送回主机。

I2C 总线还支持一个扩展的10位寻址模式，可连接的外设数量可达1024个，使用7位寻址模式的设备和10位寻址模式的设备可以在同一个系统中混合使用。10位寻址时，使用2个字节来保存地址。如果第1个地址字节以0b11110xx_开始，就会产生一个10位地址，第1个字节的第1、2位（第0位是读写指示位）和第2个字节的8位合起来构成10位的地址。而7位设备将会忽略这个过程。

图4. I2C普通的和带重复开始条件的7位地址格式

图5. I2C总线10位地址格式

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