IIC通信协议

​ IIC（Inter-Integrated Circuit）是 IIC Bus 简称，中文叫集成电路总线。它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。

IIC物理层

• 它是一个支持设备的总线
• 一个IIC总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA)，一条串行时钟线(SCL)
• 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问
• 总线通过上拉电阻接到电源。当IIC设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都 输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平
• 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线
• 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s，快速模式为400kbit/s，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多IIC设备尚不支持高速模式
• 连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF限制

IIC协议层

IIC 的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节

IIC的基本读写过程

IIC通讯过程的基本结构

​ 这些图表示的是主机和从机通讯时，SDA线的数据包序列 ​ 其中S表示由主机的IIC接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到IIC总线上的所有从机都会 接收到这个信号。

	起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号(SLAVE_ADDRESS)。 在IIC总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设 备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据IIC协议，这个从机地址可以是 7 位或10位。 

​ 在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0时，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从 机，即主机向从机写数据。该位为1时，则相反，即主机由从机读数据。 从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收 到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

写数据

​ 若配置的方向传输位为“写数据”方向，即第一幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据，都 要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输N个数据，这个N没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不再传输数据

读数据

​ 若配置的方向传输位为“读数据”方向，即第二幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后， 从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为8位，从机每发送完一个数据，都会等待主 机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回N个数据，这个N也没有大小限制。当主机希 望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输

读和写数据

​ 除了基本的读写，IIC通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有两次起始信 号(S)。一般在第一次传输中，主机通过SLAVE_ADDRESS寻找到从设备后，发送一段“数据”， 这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与SLAVE_ADDRESS的 区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读 写地址，第二次则是读写的实际内容。

通讯的起始（S）和停止（P）信号

​ 上文中提到的起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态，见图起始和停止信号。当SCL线是高 电平时SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当SCL是高电平时SDA线由 低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。

数据有效性

​ IIC 使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。见图数据有效性。SDA数据 线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效， 即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA 的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备

​ 每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制

地址及数据方向

​ IIC 总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址 (SLAVE_ADDRESS)来查找从机。IIC协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址 应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/)，第8 位或第11位。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写 数据

​ 读数据方向时，主机会释放对SDA信号线的控制，由从机控制SDA信号线，主机接收信号，写 数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号

响应（应答与非应答）

​ IIC 的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。作为 数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到IIC传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继 续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端 希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个 停止信号，结束信号传输

​ 传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制 SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)