“I2C（Inter-Integrated Circuit BUS） 集成電路總線，該總線由 NXP（原 PHILIPS）公司設計，多用于主控制器和從器件間的主從通信，在小數據量場合使用，傳輸距離短，任意時刻只能有一個主機等特性。連接到總線的 IC 數量只是受到總線的最大負載電容 400pf 限制。

I2C 支持 0kHz~5MHz 的設備：

普通模式（100kHz）、快速模式（400kHz）、快速模式+（1MHz）、高速模式（3.4MHz）和超高速模式（5MHz）。

兩根數據線：SDA，SCL，均為漏級開路結構。一般接上拉電阻，形成“線與”邏輯（只要一方為低電平，則此線即為低電平）。當 SDA，SCL 為高電平時，表示總線空閑。一般來說，主機發起傳輸之前都要檢查總線的電平狀態（稱為仲裁），以確定是否進行數據傳輸（當總線上只有一個主機時，可以不用）。如果 I/O 口既能輸入也能輸出，可以配置成開漏輸出，但是必須外接拉電阻；如果 I/O 不能配置成開漏輸出，則可以轉換 I/O 輸入輸出方向，輸出采用推挽輸出，輸入使用上拉輸入即可。注意使用轉換方向的方式時必須先轉換方向之后才開始釋放總線。

支持多主控，但是同一時間只能有一個主控。每個設備都有自己的設備地址（共 7bit，有的是 10bit），用于區分掛在在總線上的設備，廣播地址 0x00。最低位用于讀寫控制位，1 表示讀數據，0 表示寫數據。”

?

開始信號

當開始進行一次數據傳輸時，需要向從設備發送一個開始信號，表示數據傳輸開始。

SCL 為高電平期間，SDA 由高到低表示開始信號。

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結束信號

當結束一次傳輸時，需要發送結束信號

SCL 為高電平期間，SDA 由低到高表示結束信號。

（若主機在對一個從機操作之后，若主機希望繼續占用總線進行新的數據傳送，則可以不產生終止信號，馬上再次發出起始信號對另一從機進行尋址）

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數據位

當傳輸數據位時，在 SCL 為低時改變 SDA，在 SCL 為高時保持 SDA 穩定。高位先傳輸。

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應答位

數據的第 9 位為應答位。

應答：第 9 個 CLK 時鐘為高電平期間，如果 SDA 為為低電平，則為應答信號。

非應答：第 9 個 CLK 時鐘為高電平期間，如果 SDA 為為高電平，則為非應答信號。

主機每向從機發送一個字節數據，從機都需要發送一個應答信號，而主機每接收一個字節都需要發送一個應答信號，當主機不準備接收下一個字節時，發送一個非應答信號，也就是說，非應答信號是由主機發送的，從機只能發送應答信號。應答位的數據狀態則遵循“誰接收誰產生”的原則，即總是由接收器產生應答位

可以通過發送設備地址后由應答位確定該設備是否存在。

注意：任何在 SCL 為高電平期間的 SDA 上的電平改變都會被認為是起始或者停止信號，所以數據線 SDA 必須要在時鐘線 SCL 為低電平時改變。

如下為傳輸一個字節的情況：

所有數據傳輸的發起者都是主設備，從設備只能被動接受主設備的請求。

實際上發送一個字節之后就馬上發送停止信號一般是不能實現一次完整的數據傳輸的，那么正常傳輸流程應該是怎樣的呢？

因為 I2C 總線上可能掛在了很多設備，所以首先需要在總線上發送一個設備地址，并且指明本次傳輸的方向。然后又因為一個設備里面有很多寄存器，所以還要再發送一個寄存器地址，最后才是發送寄存器的內容。

? 發送數據（橘色為從機發送應答位）

? 接收數據（灰色部分為主機應答）

以上這些理論知識只是和 I2C 有關的，實際使用的時候根據驅動器件的不同又會有所不同。比如 AT2402，只能連續發送 8 個字節的寄存器內容（類似 8 字節緩存），下次再發送的話需要重新發送開始信號，另外，進行下一次數據的傳輸時，需要延時一段時間，讓器件將 8 字節緩存的內容實際寫入 EEPROM 中才可，否則會將緩存內容覆蓋，導致寫入錯誤。

通過編寫 I2C 驅動程序，并利用 KEIL 的仿真功能可以得到如下波形：

這是一個發送設備地址 0xA0 的波形，因為沒有從機，所以在第 9 個 CLK 的高電平期間 SDA 為高。當總線上有設備地址為 0xA0 的從機時，SDA 應被從機設置為低電平。

以上知識實際上是比較簡單的，基礎的，適合用于單主機的情況下，如果是多主機通信，遠比單主機復雜的多，涉及到時鐘同步和總線仲裁，有興趣的同學可以自行研究。

更多關于 I2C 的問題，可以查閱《I2C 總線規范》。

關于總線死鎖問題：

“總線死鎖主要是因為主從設備中的主機異常復位造成從機始終處于應答狀態（應答狀態時 SDA 為低電平，只有在 SCL 變為低電平的時候，才會變為高電平，從而釋放 SDA），解決方案可在鏈接中找到。”

STM32 的硬件 I2C 有缺陷，但是可以通過一些方法避免，具體尋找網上的方法。

一直以為可以連續寫入數據，每寫入一個數據加入寫入延時，給 EEPROM 寫入時間，當寫完最后一個數據之后發送一個寫入停止信號即可，可實際是上是必須要有一個停止信號，EEPROM 在收到這個停止信號后才會進行寫寫入操作，否則必然導致寫入出錯。正是因為有這樣錯誤的認識，所以在讀取數據的時候讀出的數據和自己想要的數據不一致，而這個數據剛好用于指針索引，好巧不巧的是因為這指針錯誤的指向，剛好將某個函數指針地址改變了，導致程序一直運行不正常。后來花了半天時間調試，才發現了函數指針數據被更改。但是我又奇怪為什么我的程序又能運行（正是因為能運行而不是直接死在某一個地方，才讓自己尋找 bug 的方向錯了）。后來才想通，雖然我的函數指針指向錯誤，運行出錯，但是因為我開啟了看門狗，所以當函數運行出錯后，程序無法喂狗，導致成程序自動復位，又重新運行了，但是表明上看程序又運行到起來了，實際上呢，它已經從程序的最開始重新運行了。記錄此教訓，以提醒后來人。

還有一點就是單字節寫入數據效率特別低，如果寫入數據超過兩個字節，在內存足夠的情況下，最好開啟一個頁緩沖區，以加快寫入速度。但是如果你認為寫入數據是你可以接受的，那么不需要這個頁緩沖區了，畢竟一旦加入頁緩沖，也是要加入不少邏輯去維護的。

再介紹一個頁寫入的算法，之前看了一些頁寫入的算法，發現實在是太麻煩了。我就在想肯定有一種更為簡單的算法的，直到這次更新筆記的時候才偶然發現了該算法。

自行理解吧，不是很難的邏輯思路。
責任編輯:pj