I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是一種用于連接微控制器和各種外圍設備的通信協(xié)議。它使用兩條線：串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘線（SCL），實現(xiàn)了設備之間的簡單、高效通信。以下是I2C總線數(shù)據(jù)包結構的詳解：

一、I2C總線數(shù)據(jù)包的基本組成

I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸以數(shù)據(jù)包為單位進行，每個數(shù)據(jù)包包含起始信號、設備地址、數(shù)據(jù)傳輸方向位、數(shù)據(jù)字節(jié)以及應答信號（ACK/NACK）等部分。

1. 起始信號（S） ：
   • 起始信號標志著數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。當SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，即產(chǎn)生起始信號。
   • 所有連接到I2C總線的設備都會檢測到起始信號，并準備接收后續(xù)的數(shù)據(jù)。
2. 設備地址 ：
   • 緊接著起始信號的是設備地址。I2C總線上的每個設備都有一個唯一的地址，用于區(qū)分不同的設備。
   • 設備地址可以是7位或10位，但在實際應用中，7位地址更為常見。
   • 設備地址后面緊跟著一個數(shù)據(jù)傳輸方向位，用于指示后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸方向。該位為0時表示寫操作，為1時表示讀操作。
3. 數(shù)據(jù)字節(jié) ：
   • 數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位進行傳輸，每個字節(jié)包含8位數(shù)據(jù)。
   • 在傳輸每個字節(jié)時，主設備在SCL的每個時鐘周期內(nèi)將一位數(shù)據(jù)放置在SDA線上。數(shù)據(jù)從高位到低位依次傳輸。
4. 應答信號（ACK/NACK） ：
   • 每傳輸完一個字節(jié)后，接收設備會返回一個應答信號。
   • 應答信號為低電平時表示應答（ACK），表示接收設備已正確接收到數(shù)據(jù)，并準備接收下一個字節(jié)。
   • 應答信號為高電平時表示非應答（NACK），表示接收設備無法接收更多數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤。

二、I2C總線數(shù)據(jù)包的傳輸過程

1. 寫操作 ：
   • 主設備發(fā)送起始信號。
   • 主設備發(fā)送從設備地址和數(shù)據(jù)傳輸方向位（寫操作）。
   • 從設備確認地址匹配后返回應答信號。
   • 主設備發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)。
   • 從設備接收數(shù)據(jù)字節(jié)并返回應答信號。
   • 重復上述步驟，直到所有數(shù)據(jù)傳輸完畢。
   • 主設備發(fā)送停止信號，標志著數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y束。
2. 讀操作 ：
   • 主設備發(fā)送起始信號。
   • 主設備發(fā)送從設備地址和數(shù)據(jù)傳輸方向位（讀操作）。
   • 從設備確認地址匹配后返回應答信號。
   • 從設備發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)。
   • 主設備接收數(shù)據(jù)字節(jié)并返回應答信號（如果需要繼續(xù)接收數(shù)據(jù)）或非應答信號（如果不需要繼續(xù)接收數(shù)據(jù)）。
   • 重復上述步驟，直到所有數(shù)據(jù)傳輸完畢。
   • 主設備發(fā)送停止信號，標志著數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y束。

三、I2C總線數(shù)據(jù)包的復合格式

在實際應用中，I2C通信更常用的是復合格式，即在一次通信過程中包含多次起始信號和停止信號。這種格式允許主設備在一次通信中訪問多個從設備或進行復雜的讀寫操作。

例如，主設備可以先向一個從設備發(fā)送一個寄存器地址，然后讀取該寄存器的值。在這個過程中，主設備會先發(fā)送起始信號、從設備地址和寫操作方向位，然后發(fā)送寄存器地址。接著，主設備會再次發(fā)送起始信號、從設備地址和讀操作方向位，然后從設備會返回寄存器的值。最后，主設備發(fā)送停止信號結束通信。