ARM I2C

一、I2C

I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路总线） ：由飞利浦（现NXP）提出的两线制同步串行通信总线，用于主机与从机（通常是MCU与外围芯片）之间的短距离板级通信。

1. 两根线

信号线	全称	作用
SCL	Serial Clock，时钟线	主机发出，同步整个通信节拍
SDA	Serial Data，数据线	双向传输数据（半双工）

两线均为开漏输出 + 上拉电阻结构，空闲时总线为高电平（线与特性）。

2. 主要特性

特性	说明
同步方式	同步通信（有时钟线SCL）
数据方向	半双工（SDA一根数据线分时双向）
位传输顺序	高位先行（MSB first）
寻址方式	起始信号后第一个字节 = 设备地址（高7位）+ 数据流向位（低1位） ，可挂 127个从机（2⁷=128，保留全0地址，实际可用127个）
通信速率	100kHz（标准）、400kHz（快速）、1.xM、3.xM（高速）
拓扑	一主多从 / 多主多从，每个从机有唯一7位地址

3. 地址与读写位（讲义原例）

起始信号后的第一个字节：高7位设备地址 + 最低1位读写位

• 0x10 = 0001 000 0 → 设备地址0x10，0=写（主机发送数据给从机）

• 0001 000 1 （即0x11）→ 设备地址0x10，1=读（从机发送数据给主机）

即：写字节 = 设备地址<<1 | 0 ，读字节 = 设备地址<<1 | 1 。 讲义另一例：0xAC = 1010 1100 = 0x59写、0x5D读（高位先行传输 1010 110 + 方向位）。

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二、I2C时序

I2C所有操作都由起始、数据传输、应答、结束四种信号组成：

1. 起始信号（Start）

SCL时钟线为高电平时，SDA数据线由高变低（下降沿）

SDA ────┐
        └────────      ← SCL高电平期间SDA下降沿 = 起始
SCL ──────────────

由主机发出，表示一次传输开始。

2. 数据传输（有效性规则）

• SCL为高电平时：SDA必须保持稳定，此时接收方采样数据

• SCL为低电平时：SDA可以改变，此时发送方发送（更新）数据

       1 0 1 0 1 1 0 0     ← 高位先行
SDA  ─┐ ┌─┐   ┌─────┐
        └─┘ └───┘     └──
SCL  ──┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌─┐ ┌──
        └─┘ └─┘ └─┘ └─┘
       ↑每个SCL高电平采样一位

记忆："高采样、低换数"------SCL高电平锁数据，低电平换数据。（只有起始/结束信号例外，故意在SCL高电平期间改变SDA来产生特殊标志。）

3. 应答信号（ACK / NACK）

每传输8位数据 后的第9个时钟周期，接收方需向发送方回复应答信号：

• ACK：低电平（应答，收到了）

• NACK：高电平（非应答）

发送方第9个时钟释放SDA（靠上拉变高），由接收方拉低（ACK）或保持高（NACK）。

4. 结束信号（Stop）

SCL时钟线为高电平时，SDA数据线由低变高（上升沿）

SDA        ┌────────
───────────┘          ← SCL高电平期间SDA上升沿 = 结束
SCL ──────────────────

由主机发出，表示一次传输结束。

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三、I2C写时序与读时序

1. i2c写时序（主机→从机写寄存器）

S + 设备地址+W → ACK → 寄存器地址 → ACK → 数据 → ACK → P

步骤	操作
1	主机发送起始信号 + 设备地址 + 写位(0)，等待从机ACK
2	主机发送寄存器地址，等待从机ACK
3	主机发送数据（写入该寄存器），等待从机ACK
4	主机发送停止信号

2. i2c读时序（主机←从机读寄存器）★i2c_read函数对应

步骤	操作
1	主机发送起始信号 + 设备地址 + 写位(0)，等待从机ACK
2	主机发送寄存器地址，等待从机ACK
3	主机重发起始信号（Repeated Start）+ 设备地址 + 读位(1)，等待从机ACK
4	主机接收从机数据，主机回复ACK应答
5	接收最后一个字节 后，主机回复NACK（告诉从机不要再发）
6	主机发送停止信号

为什么要"写转读"（Dummy Write） ：读之前主机必须先用"写操作"告诉从机要读哪个寄存器（步骤1~2），再通过Repeated Start切换为读方向（步骤3），从机才知道从哪个寄存器把数据吐出来。 为什么最后是NACK：主机回NACK表示"我收够了"，从机释放SDA，主机才能发出停止信号。

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