I2C时序分析和基础知识总结精品PPT课件
I2C时序分析和基础知识总结
但如果从机要完成一些其他功能后才能接收或发送下一个完 整的数据字节，那么可以使时钟信号保持低电平迫使主机进入等 待状态。这也是唯一一个从机改变主机时钟的情况。
当从机准备好接受下一个字节时，释放时钟线SCL，数据传 输继续。
（2）数据帧格式 I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址
信号，又包括真正的数据信号。
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。
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。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。
二、I2C时序分析
1、数据位的有效性规定
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。
每个器件都有一个唯一的地址识别，而且都可以作为一个 发送器和接收器（由器件的功能决定）。很明显，LCD驱动器 只能是接收器，而存储器既可以接收又可以发送数据。
• 连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则
很容易检测到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件接 口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保证
在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位）， 第8位是数据的传送方向位（R/），用“0”表示主机 发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。每 次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是， 若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可 以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一 从机进行寻址。
I2C时序分析和基础知识简介
一、什么是I2C 二、I2C 三、I2C基础知识 四、I2C注意事项
I2C总线时序详解
I2C总线时序详解由于连接到I2C 总线的器件有不同种类的工艺（CMOS、NMOS、双极性），逻辑0（低）和逻辑1（高）的电平不是固定的，它由电源VCC的相关电平决定，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲。
数据的有效性SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定。
数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变。
I2C位传输数据有效性起始和停止条件SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；SCL 线是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。
起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态起始和停止条件，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。
如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线会一直处于忙的状态，字节格式发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位，每次传输可以发送的字节数量不受限制。
每个字节后必须跟一个响应位。
首先传输的是数据的最高位（MSB），如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继续。
应答响应数据传输必须带响应，相关的响应时钟脉冲由主机产生。
在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA 线（高）。
在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA 线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。
通常被寻址的接收器在接收到的每个字节后，除了用CBUS 地址开头的数。
I2C总线数据传输和应答据，必须产生一个响应。
当从机不能响应从机地址时（例如它正在执行一些实时函数不能接收或发送），从机必须使数据线保持高电平，主机然后产生一个停止条件终止传输或者产生重复起始条件开始新的传输。
如果从机接收器响应了从机地址，但是在传输了一段时间后不能接收更多数据字节，主机必须再一次终止传输。
I2C通信时序图解析
I2C通信时序图解析⼀、I2C协议简介 I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被⼴泛地使⽤在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
关于I2C协议的更多内容，可阅读《I2C总线协议》，本博⽂主要分析I2C波形图，对于I2C的基础知识不在做介绍。
⼆、I2C协议标准代码2.1 起始信号&停⽌信号 起始信号：当 SCL 线是⾼电平时 SDA 线从⾼电平向低电平切换。
停⽌信号：当 SCL 线是⾼电平时 SDA 线由低电平向⾼电平切换。
2.1.1 起始信号代码void I2C_Start(void){I2C_SDA_High(); //SDA=1I2C_SCL_High(); //SCL=1I2C_Delay();I2C_SDA_Low();I2C_Delay();I2C_SCL_Low();I2C_Delay();}2.1.2 停⽌信号代码void I2C_Stop(void){I2C_SDA_Low();I2C_SCL_High();I2C_Delay();I2C_SDA_High();I2C_Delay();}2.2 发送⼀个字节 CPU向I2C总线设备发送⼀个字节（8bit）数据u8 I2C_SendByte(uint8_t Byte){uint8_t i;/* 先发送⾼位字节 */for(i = 0 ; i < 8 ; i++){if(Byte & 0x80){I2C_SDA_High();}else{I2C_SDA_Low();}I2C_Delay();I2C_SCL_High();I2C_Delay();I2C_SCL_Low();I2C_Delay();if(i == 7){I2C_SDA_High(); /* 释放SDA总线 */}Byte <<= 1; /* 左移⼀位 */I2C_Delay();}} 2.3 读取⼀个字节 CPU从I2C总线设备上读取⼀个字节（8bit数据）u8 I2C_ReadByte(void){uint8_t i;uint8_t value;/* 先读取最⾼位即bit7 */value = 0;for(i = 0 ; i < 8 ; i++){value <<= 1;I2C_SCL_High();I2C_Delay();if(I2C_SDA_READ()){value++;}I2C_SCL_Low();I2C_Delay();}return value;}2.4 应答2.4.1 CPU产⽣⼀个ACK信号void I2C_Ack(void){I2C_SDA_Low();I2C_Delay();I2C_SCL_High();I2C_Delay();I2C_SCL_Low();I2C_Delay();I2C_SDA_High();}2.4.2 CPU产⽣⼀个⾮ACK信号void I2C_NoAck(void){I2C_SDA_High();I2C_Delay();I2C_SCL_High();I2C_Delay();I2C_SCL_Low();I2C_Delay();}2.4.3 CPU产⽣⼀个时钟，并读取器件的ACK应答信号uint8_t I2C_WaitToAck(void){uint8_t redata;I2C_SDA_High();I2C_Delay();I2C_SCL_High();I2C_Delay();if(I2C_SDA_READ()){redata = 1;}else{redata = 0;}I2C_SCL_Low();I2C_Delay();return redata;}三、I2C通信时序图解析 有了上边的I2C总线标准代码的基础，下⾯我们进⼊本博⽂所要讲解的内容，怎么分析I2C的时序图，以O2Micro的OZ9350为例，OZ9350是⼀款模拟前端（AFE）的IC器件。
2019年I2C总线时序详解
I2C总线时序详解I2C总线位传输由于连接到I2C 总线的器件有不同种类的工艺（、、双极性），逻辑0（低）和逻辑1（高）的电平不是固定的，它由电源VCC的相关电平决定，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲。
数据的有效性SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定。
数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变。
I2C位传输数据有效性起始和停止条件SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；SCL 线是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。
起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态起始和停止条件，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。
如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线会一直处于忙的状态，此时的起始条件（S）和重复起始条件（Sr）在功能上是一样的。
I2C总线数据传输字节格式发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位，每次传输可以发送的字节数量不受限制。
每个字节后必须跟一个响应位。
首先传输的是数据的最高位（MSB），如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继续。
应答响应数据传输必须带响应，相关的响应时钟脉冲由主机产生。
在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA 线（高）。
在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA 线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。
通常被寻址的接收器在接收到的每个字节后，除了用CBUS 地址开头的数。
I2C总线数据传输和应答据，必须产生一个响应。
当从机不能响应从机地址时（例如它正在执行一些实时函数不能接收或发送），从机必须使数据线保持高电平，主机然后产生一个停止条件终止传输或者产生重复起始条件开始新的传输。
I2C总线时序详解
I2C总线时序详解之阳早格格创做由于连交到I2C 总线的器件有分歧种类的工艺（CMOS、NMOS、单极性），逻辑0（矮）战逻辑1（下）的电仄不是牢固的，它由电源VCC的相闭电仄决断，每传输一个数据位便爆收一个时钟脉冲.数据的灵验性SDA 线上的数据必须正在时钟的下电仄周期脆持宁静.数据线的下大概矮电仄状态只有正在SCL 线的时钟旗号是矮电通常才搞改变 .I2C位传输数据灵验性起初战停止条件SCL 线是下电通常，SDA 线从下电仄背矮电仄切换，那个情况表示起初条件；SCL 线是下电通常，SDA 线由矮电仄背下电仄切换，那个情况表示停止条件.起初战停止条件普遍由主机爆收，总线正在起初条件后被认为处于闲的状态起初战停止条件，正在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态.如果爆收沉复起初条件而不爆收停止条件，总线会背去处于闲的状态，此时的起初条件（S）战沉复起初条件（Sr）正在功能上是一般的.字节圆法收支到SDA 线上的每个字节必须为8 位，屡屡传输不妨收支的字节数量不受节造.每个字节后必须跟一个赞同位.最先传输的是数据的最下位（MSB），如果从秘密完毕一些其余功能后（比圆一个里里中断服务步调）才搞交支大概收支下一个完备的数据字节，不妨使时钟线SCL 脆持矮电仄，迫使主机加进等待状态，当从机准备佳交支下一个数据字节并释搁时钟线SCL 后数据传输继承.应问赞同数据传输必须戴赞同，相闭的响当令钟脉冲由主机爆收.正在赞同的时钟脉冲功夫收支器释搁SDA 线（下）.正在赞同的时钟脉冲功夫，交支器必须将SDA 线推矮，使它正在那个时钟脉冲的下电仄功夫脆持宁静的矮电仄.常常被觅址的交支器正在交支到的每个字节后，除了用CBUS 天面启头的数 .I2C总线数据传输战应问据，必须爆收一个赞同.当从机不克不迭赞同从机天面时（比圆它正正在真止一些真时函数不克不迭交支大概收支），从机必须使数据线脆持下电仄，主机而后爆收一个停止条件末止传输大概者爆收沉复起初条件启初新的传输.如果从机交支器赞同了从机天面，然而是正在传输了一段时间后不克不迭交支更普遍据字节，主机必须再一次末止传输.那个情况用从机正在第一个字节后不爆收赞同去表示.从机使数据线脆持下电仄，主机爆收一个停止大概沉复起初条件.如果传输中有主机交支器，它必须通过正在从机不爆收时钟的末尾一个字节不爆收一个赞同，背从机收支器报告数据中断.从机收支器必须释搁数据线，允许主机爆收一个停止大概沉复起初条件.觅址办法7位觅址第一个字节的头7 位组成了从机天面，最矮位（LSB）是第8 位，它决断了传输的一般的战戴沉复启初条件的7位天面圆法目标.第一个字节的最矮位是“0”，表示主机会写疑息到被选中的从机；“1”表示主机会背从机读疑息，当收支了一个天面后，系统中的每个器件皆正在起初条件后将头7 位与它自己的天面比较，如果一般，器件会判决它被主机觅址，至于是从机交支器仍旧从机收支器，皆由R/W 位决断.10位觅址10位觅址战7 位觅址兼容，而且不妨分离使用.10位觅址采与了死存的1111XXX 动做起初条件（S），大概沉复起初条件（Sr ）的后第一个字节的头7 位.10 位觅址不会做用已有的7 位觅址，有7 位战10 位天面的器件不妨连交I2C总线10位天面圆法到相共的I2C 总线.它们皆能用于尺度模式（F/S）战下速模式（Hs）系统.死存天面位1111XXX 有8 个推拢，然而是惟有4 个推拢11110XX 用于10 位觅址，剩下的4个推拢11111XX 死存给后绝巩固的I2C 总线.10 位从机天面是由正在起初条件（S）大概沉复起初条件（Sr ）后的头二个字节组成.第一个字节的头7 位是11110XX 的推拢，其中末尾二位（XX）是10 位天面的二个最下位（MSB）.第一个字节的第8 位是R/W 位，决断了传输的目标，第一个字节的最矮位是“0”表示主机将写疑息到选中的从机，“1 ”表示主机将背从机读疑息.如果R/W 位是“0 ”，则第二个字节是10 位从机天面剩下的8 位；如果R/W 位是“1” 则下一个字节是从机收支给主机的数据.编写原段赶快战下速模式赶快模式器件不妨正在400kbit/s 下交支战收支.最小央供是：它们不妨战400kbit/s 传输共步，不妨延少SCL 旗号的矮电仄周期去减缓传输.赶快模式器件皆背下兼容，不妨战尺度模式器件正在0~100kbit/s 的I2C 总线系统通讯.然而是，由于尺度模式器件不进与兼容，所以不克不迭正在赶快模式I2C 总线系统中处事.赶快模式I2C 总线典型与尺度模式相比有以下特殊的特性：1、最大位速率减少到400kbit/s；2、安排了串止数据（SDA）战串止时钟（SCL ）旗号的时序；3、赶快模式器件的输进有压造毛刺的功能，SDA 战SCL输进有施稀特触收器；4、赶快模式器件的输出缓冲器对付SDA 战SCL 旗号的下落沿有斜率统造功能；5、如果赶快模式器件的电源电压被闭断，SDA 战SCL 的I/O 管足必须悬空，不克不迭阻塞总线；6、连交到总线的中部上推器件必须安排以符合赶快模式I2C 总线更短的最大允许降下时间.对付于背载最大是200pF 的总线，每条总线的上推器件不妨是一个电阻，对付于背载正在200pF~400pF 之间的总线，上推器件不妨是一个电流源（最大值3mA ）大概者是一个启闭电阻电路.下速模式（Hs 模式）器件对付I2C 总线的传输速度有具大的突破.Hs 模式器件不妨正在下达3.4Mbit/s 的位速率下传输疑息，而且脆持真足背下兼容赶快模式大概尺度模式（F/S 模式）器件，它们不妨正在一个速度混同的总线系统中单背通讯.Hs 模式传输除了不真止仲裁战时钟共步中，与F/S 模式系统有相共的串止总线协媾战数据圆法.下速模式下I2C 总线典型如下：1、Hs 模式主呆板件有一个SDAH 旗号的启漏输出缓冲器战一个正在SCLH 输出的启漏极下推战电流源上推电路.那个电流源电路支缩了SCLH 旗号的降下时间，所有时侯正在Hs 模式，惟有一个主机的电流源灵验；2、正在多主机系统的Hs 模式中，不真止仲裁战时钟共步，以加速位处理本领.仲裁历程普遍正在前里用F/S 模式传输主机码后中断；3、Hs 模式主呆板件以下电仄易矮电仄是1:2 的比率爆收一个串止时钟旗号.排除了修坐战脆持时间的时序央供；4、不妨采用Hs 模式器件有内修的电桥.正在Hs 模式传输中，Hs 模式器件的下速数据（SDAH）战下速串止时钟（SCLH ）线通过那个电桥与F/S 模式器件的SDA 战SCL 线分开启去.减少了SDAH 战SCLH 线的电容背载，使降下战下落时间更快；5、Hs 模式从呆板件与F/S 从呆板件的唯一不共是它们处事的速度.Hs 模式从机正在SCLH 战SDAH输出有启漏输出的缓冲器.SCLH 管足可选的下推晶体管不妨用于推少SCLH 旗号的矮电仄，然而只允许正在Hs 模式传输的赞同位后举止；6、Hs 模式器件的输出不妨压造毛刺，而且SDAH 战SCLH 输出有一个施稀特触收器；7、Hs 模式器件的输出缓冲器对付SDAH 战SCLH 旗号的下落沿有斜率统造功能.[1]1/******************************************** **************** 函数名：读一个字节数据** 出心参数: 无** 注意：** 证明：********************************************** *************/uchar I2cReadByte( void ){uchar rbyte = 0;uchar i = 0;for(i = 0; i < 8; i++ ){rbyte = rbyte << 1; //非常注意...此语句不搁正在循环体内末尾.SDA = 1; //SDA为输进SCL = 1;NOP_5;if( SDA == 1 )rbyte = rbyte | 0x01;SCL = 0;}return rbyte;}2从天面读数据第249止为什么还要加一个I2Cstart()?3为什么循环变量定义为uchar典型？4写字节子步调void I2c_Write_n( uchar DeviceAddress, uchar ByteAddress, uchar *Wdata, uchar n)第273止，为什么战睦读子步调（第250止）一般，将末尾一位形成整呢？5步调454止——456止，十位之后便加小数面，佳像分歧过失！！6 uchar I2cReadDataFromAddr( uchar DeviceAddress, uint ByteAddress )步调第。
I2C时序分析
示波器查看I2C时序/I2C的起始信号（start）是时钟保持高电平SDA拉低，表示控制总线。
数据只有在时钟低电平时变化，时钟变为高电平时保持。
停止信号：时钟高电平时，SDA拉高，表示释放总线。
图 1 STM32模拟I2C启动BMP805的时序，红线为数据，绿线为时钟使用了SDS1022C数字示波器采集的数据，然后将数据导入Excel表格中，形成的图表。
将示波器存储格式修改为CSV(MENU栏、SAVE/RECALL按键、类型CSV、存储、新建文件、确定），时钟信号与数字信号分别采集然后合成插入图表，如图1。
图 2 示波器存储的数据文件，一个是SDA数据，一个是SCL数据在同一周期下采集这两组数据图 3 数据分析主机在发送完毕启动信号，接着发送地址，从机会产生应答信号。
如果没有应答信号表示通信异常。
分析波形如果“起始”“地址”都严格正确，时钟不是过快那一定是硬件有毛病，否则仔细调试软件。
附参考STM32的端口模拟I2C程序：#include "stm32f10x.h"#define SCL_H GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7) //SCL#define SCL_L GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)#define SDA_H GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)#define SDA_L GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)#define SDA_read GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_6) //??SDA#define Addr 0xee //#define FALSE 0#define TRUE 1//注意主程序里开B口的时钟，延时函数严格使用了滴答时钟，实际上可以不用准确；void I2C_GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);}/******************************************************************************* * Function Name : I2C_Start* Description : Master Start Simulation IIC Communication* Input : None* Output : None* Return : Wheather Start****************************************************************************** */ unsigned char I2C_Start(void){SDA_H;SCL_H;delay_us(10);SDA_L;delay_us(10);SCL_L;delay_us(5);return TRUE;}/******************************************************************************* * Function Name : I2C_Stop* Description : Master Stop Simulation IIC Communication* Input : None* Output : None* Return : None****************************************************************************** */ void I2C_Stop(void){SCL_L;delay_us(10);SDA_L;SCL_H;SDA_H;delay_us(10);}/******************************************************************************* * Function Name : I2C_Ack* Description : Master Send Acknowledge Single* Input : None* Output : None* Return : None****************************************************************************** */ void I2C_SendAck(unsigned char ack) //ack=0,·?????????=1???????? {SCL_L;delay_us(5);if(ack==0){SDA_L;}else{SDA_H;}delay_us(5);SCL_H;delay_us(10);SCL_L;delay_us(10);}/******************************************************************************* * Function Name : I2C_NoAck* Description : Master Send No Acknowledge Single* Input : None* Output : None* Return : None****************************************************************************** */ unsigned char I2C_RecvAck(void){unsigned char ack=0;SCL_L;delay_us(5);SDA_H;delay_us(5);SCL_H;ack=SDA_read;SCL_L;delay_us(10);return ack; //??????·???0??}/******************************************************************************* * Function Name : I2C_WaitAck* Description : Master Reserive Slave Acknowledge Single* Input : None* Output : None* Return : Wheather Reserive Slave Acknowledge Single****************************************************************************** */ /******************************************************************************* * Function Name : I2C_SendByte* Description : Master Send a Byte to Slave* Input : Will Send Date* Output : None* Return : None****************************************************************************** */ void I2C_SendByte(u8 SendByte) //????????//{u8 i=8;while(i--){SCL_L;delay_us(5);if(SendByte&0x80)SDA_H;elseSDA_L;SendByte<<=1;delay_us(5);SCL_H;delay_us(5);}SCL_L;I2C_RecvAck();}/******************************************************************************* * Function Name : I2C_RadeByte* Description : Master Reserive a Byte From Slave* Input : None* Output : None* Return : Date From Slave****************************************************************************** */unsigned char I2C_RecvByte(void) //{u8 i=8;u8 ReceiveByte=0;SDA_H;while(i--){ReceiveByte<<=1;SCL_L;delay_us(10);SCL_H;delay_us(10);if(SDA_read){ReceiveByte|=0x01;}SCL_L;delay_us(10);}return ReceiveByte;}unsigned char Single_Write(unsigned char REG_Address,unsigned char REG_data) //void {I2C_Start();I2C_SendByte(Addr);I2C_SendByte(REG_Address);I2C_SendByte(REG_data);I2C_Stop();delay_ms(5);return TRUE;}//?????*****************************************unsigned char Single_Read(unsigned char REG_Address){unsigned char REG_data;I2C_Start();I2C_SendByte(Addr);I2C_SendByte(REG_Address);I2C_Start();I2C_SendByte(Addr+1);REG_data= I2C_RecvByte();I2C_SendAck(1);I2C_Stop();return REG_data;}short Multiple_read(u8 ST_Address) {u8 msb, lsb;short _data;I2C_Start();I2C_SendByte(Addr);I2C_SendByte(ST_Address);I2C_Start();I2C_SendByte(Addr+1);msb = I2C_RecvByte();I2C_SendAck(0);lsb = I2C_RecvByte();I2C_SendAck(1);I2C_Stop();delay_ms(5);_data = msb << 8;_data |= lsb;return _data;}long bmp085ReadTemp(void){I2C_Start();I2C_SendByte(Addr);I2C_SendByte(0xF4);I2C_SendByte(0x2E);I2C_Stop();delay_ms(2);return (long) Multiple_read(0xF6); }unsigned char Check_bmp085(void) {u16 c1;c1 = Multiple_read(0xAA);if(c1!=0&&c1!=0xffff){return 1;}return 0;}STM32端口设置为开漏输出，读之前写1，读的是端口数据。
I2C时序分析和基础知识总结
I2C时序分析和基础知识总结I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于在集成电路之间传输数据。
它由Philips公司在1980年代初开发，并在现代的许多嵌入式系统中得到了广泛应用。
本文将对I2C的时序分析和基础知识进行总结。
一、I2C的基础知识1.主从结构：I2C通信有一个主设备和一个或多个从设备，主设备控制整个通信过程，从设备接收和响应主设备的命令。
2.总线：I2C使用双线制，包括一个双向的数据线（SDA）和一个时钟线（SCL）。
所有设备都通过这两条线连接在一起形成一个总线。
3.地址：每个从设备在总线上都有一个唯一的7位或10位地址，用于识别设备。
4. 传输速率：I2C的传输速率通常有标准模式（100Kbps）、快速模式（400Kbps）和高速模式（3.4Mbps）三种选择。
5. 触发方式：I2C通信可以通过主设备发出开始条件（start condition）和停止条件（stop condition）来触发。
二、I2C的时序分析I2C通信的时序分析主要涉及到以下几个关键的时刻：1. 开始条件（Start Condition）：主设备拉低SDA线，然后拉低SCL线，在总线上发出一个开始信号。
2.地址传输：主设备发送从设备的地址，从设备通过检测总线上的地址匹配来判断自己是否被选中。
3.数据传输：在总线上的每个时钟周期内，数据（0或1）被传输。
4. 停止条件（Stop Condition）：主设备释放SDA线，然后拉高SCL线，在总线上发出一个停止信号。
5. 确认位（ACK bit）：在数据传输后，接收设备会发送一个ACK位，以确认接收到数据。
6. 重复启动条件（Repeated Start Condition）：主设备可以在传输过程中发出一个重复启动信号，以重新寻址或不释放总线。
对于每个操作，如读取或写入数据，都需要经历上述的流程，主设备通过时钟线控制整个通信的时序。
I2C时序分析和基础知识总结
• 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。
1、关于400pF负载电容
（1）波形畸变：电容越大，其滤波效果越明显。当这个电容过大时，很明显 部分通讯信号会被滤除，引起波形畸变，I2C将可能会产生误码，从而无法正常 通信。
（2）总线驱动能力：负载电容决定了总线在某一速率下的稳定性。当输出为 高时，电流通过上拉电阻对负载电容充电。上拉越大，电容越大，所需要的时间 就越长，如果超过了通信周期的10%，那么这个上升沿就太缓了，相应的建立时 间会受到影响。
当所有有关的器件数完了它们的低电平周期后，时钟线被释放并变成高 电平，之后器件时钟和SCL线的状态没有差别，而且所有器件会开始数它们 的高电平周期。首先完成高电平周期的器件会再次将SCL线拉低，这样产生 的同步SCL 时钟的低电平周期由低电平时钟周期最长的器件决定，而高电平 周期由高电平时钟周期最短的器件决定。
但如果从机要完成一些其他功能后才能接收或发送下一个完 整的数据字节，那么可以使时钟信号保持低电平迫使主机进入等 待状态。这也是唯一一个从机改变主机时钟的情况。
当从机准备好接受下一个字节时，释放时钟线SCL，数据传 输继续。
• （2）数据帧格式 • I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地
址信号，又包括真正的数据信号。
• 在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位）， 第8位是数据的传送方向位（R/），用“0”表示主 机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。 每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。 但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传 送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始 信号对另一从机进行寻址。
I2C总线概述及时序总结
I2C总线概述及时序总结2021-01-22bitart电子设计关键字：i2c总线时序sdascli2c就是inter-integratedcircuit的简写，发音为'eye-squaredcee'or'eye-two-cee',它就是一种两线USB。
i2c只是用两条双向的线，一条serialdataline(sda)，另一条serialclock(scl)。
scl：下降沿将数据输出至每个eeprom器件中；上升沿驱动eeprom器件输入数据。
(边沿引爆)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。
每一个i2c总线器件内部的sda、scl插槽电路结构都就是一样的，插槽的输入驱动与输出缓冲器连在一起。
其中输入为漏极开路的场效应管，输出缓冲器为一只低输入阻抗的同相器，这种电路具备两个特点：1)由于sda、scl为漏极开路结构(od)，因此它们必须接有上拉电阻,阻值的大小常为1k8,4k7and10k，但1k8时性能最好；当总线空闲时，两根线均为高电平。
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)插槽在输入信号的同时还将插槽上的电平展开检测，检测与否与刚才输入一致，为'时钟同步'和'总线仲裁'提供更多了硬件基础。
三.主设备与从设备系统中的所有外围器件都具备一个7位的'从器件专用地址码'，其中低4十六位器件类型，由生产厂家制订，高3十六位器件插槽定义地址，由使用者定义。
主控器件通过地址码创建多机通信的机制，因此i2c总线省却了外围器件的片选线，这样无论总线上了变多少个器件，其系统仍然为简约的二线结构。
终端装载在总线上，存有主端和从端之分，主端必须就是具有cpu的逻辑模块，在同一总线上同一时刻CX600X存有一个主端，可以存有多个从端的，从端的数量受到地址空间和总线的最小电容400pf的管制。
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I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司（现在的NXP半导体）开发的两 线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种 总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式 小，通信速率较高等优点。
每个器件都有一个唯一的地址识别，而且都可以作为一个 发送器和接收器（由器件的功能决定）。很明显，LCD驱动器 只能是接收器，而存储器既可以接收又可以发送数据。
• 连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则
很容易检测到起始和终止信号。对于不具备I2C总线硬件接 口的有些单片机来说，为了检测起始和终止信号，必须保证
•主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7 位地址码与自己的地址进行比较，如果相同， 则认为自己正被主机寻址，根据R/位将自己确 定为发送器或接收器。
•从机的地址由固定部分和可编程部分组成。 在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，
从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类 器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有 4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻 址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件 接入到该I2C总线系统中。
• 如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间 后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接 收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应 发出终止信号以结束数据的继续传送。
• 当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必 须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从 机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以 允许主机产生终止信号。
• （2）寻址字节中的特殊地址
• 固定地址编号0000和1111已被保留作为 特殊用途。
• 起始信号后的第一字节的8位为“0000 0000”时， 称为通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字 节中加以说明。格式为：
• 第二字节为 06H时，所有能响应通用呼叫地址的从机器 件复位，并由硬件装入从机地址的可编程部分。能响应命 令的从机器件复位时不拉低SDA和SCL线，以免堵塞总线。
•
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。Fra bibliotek• 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。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。
• 1、数据位的有效性规定
• 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。
但如果从机要完成一些其他功能后才能接收或发送下一个完 整的数据字节，那么可以使时钟信号保持低电平迫使主机进入等 待状态。这也是唯一一个从机改变主机时钟的情况。
当从机准备好接受下一个字节时，释放时钟线SCL，数据传 输继续。
• （2）数据帧格式 • I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地
址信号，又包括真正的数据信号。
• 第二字节为 04H时，所有能响应通用呼叫地址并通过硬 件来定义其可编程地址的从机器件将锁定地址中的可编程 位，但不进行复位。
• 如果第二字节的方向位B为“1”，则这两个字节命令 称为硬件通用呼叫命令。
• 2、起始和终止信号 • SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低
电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期 间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止 信号。
SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电 平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
I2C 总线是双向传输的总线，因此主机和从机都可能成为发 送器和接收器。如果主机向从机发送数据，则主机是发送器， 而从机是接收器；如果主机从从机读取数据，则主机是接收器， 而从机是发送器。不论主机是发送器还是接收器，时钟信 号 SCL 都要由主机来产生。
在每个时钟周期内对数据线SDA采样两次。
• 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。
• c、在传送过程中，当需要改变传送方向 时，起始信号和从机地址都被重复产生一 次，但两次读/写方向位正好反相。
4、总线的寻址 • I2C总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字
节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。 • （1）寻址字节的位定义
• D7～D1位组成从机的地址。D0位是数 据传送方向位，为“0”时表示主机向从机 写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。
• 在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几 种组合方式：
• a、主机向从机发送数据，数据传送方向在 整个传送过程中不变：
• 注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分 则表示数据由从机向主机传送。
• A表示应答， A表示非应答（高电平）。S表示起始信号， P表示终止信号。
• b、主机在第一个字节后，立即由从机读数 据
• 在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位）， 第8位是数据的传送方向位（R/），用“0”表示 主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据 （R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号 结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的 数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发 出起始信号对另一从机进行寻址。
• 3、数据传送格式 • （1）字节传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传 送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟 随一位应答位（即一帧共有9位）。
• 由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从
机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数 据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个 终止信号以结束总线的数据传送。