總線信號分析

　　1. 總線空閑狀態

　　I2C總線總線的SDA和SCL兩條信號線同時處于高電平時，規定為總線的空閑狀態。此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。

　　2. 啟動信號START

　　時鐘信號SCL保持高電平，數據信號SDA的電平被拉低（即負跳變）。啟動信號必須是跳變信號，而且在建立該信號前必修保證總線處于空閑狀態；

　　3. 停止信號STOP

　　時鐘信號SCL保持高電平，數據線被釋放，使得SDA返回高電平（即正跳變），停止信號也必須是跳變信號。

　　4. 數據傳送

　　SCL線呈現高電平期間，SDA線上的電平必須保持穩定，低電平表示0（此時的線電壓為地電壓），高電平表示1（此時的電壓由元器件的VDD決定）。只有在SCL線為低電平期間，SDA上的電平允許變化。

　　5. 應答信號ACK

　　I2C總線的數據都是以字節（8位）的方式傳送的，發送器件每發送一個字節之后，在時鐘的第9個脈沖期間釋放數據總線，由接收器發送一個ACK（把數據總線的電平拉低）來表示數據成功接收。

　　6. 無應答信號NACK

　　在時鐘的第9個脈沖期間發送器釋放數據總線，接收器不拉低數據總線表示一個NACK，NACK有兩種用途：

　　a. 一般表示接收器未成功接收數據字節；

　　b. 當接收器是主控器時，它收到最后一個字節后，應發送一個NACK信號，以通知被控發送器結束數據發送，并釋放總線，以便主控接收器發送一個停止信號STOP。

　　I2C總線是由Philips公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器和外圍設備。

　　I2C總線支持多主控模式，任何能夠進行發送和接收的設備都可以成為主設備。主控能夠控制數據的傳輸和時鐘頻率，在任意的時刻只能有一個主控。

　　組成I2C總線的兩個信號為數據線SDA和時鐘線SCL。為避免總信號線的混亂，要求各設備連接到總線的輸出端必須是開漏輸出或集電極開路輸出的結構。根據這種結構的“線與”邏輯，I2C總線上任意器件輸出低電平都會使相應總線上的信號線變低。

　　總線空閑時，上拉電阻使SDA和SCL線都保持高電平。

　　數據線 SDA 的電平狀態必須在時鐘線 SCL 處于高電平期間保持穩定不變。SDA 的電平狀態只有在 SCL 處于低電平期間才允許改變。但是在 I2C總線的起始和結束時例外。

　　當SCL穩定在高電平時，SDA由高到低的變化將產生一個開始位，而由低到高的變化則產生一個停止位。開始位和停止位都是由I2C主設備產生的。如果從設備采用7位地址，則主設備在發起傳輸前，需先發送一字節的地址信息，前7位為設備地址，最后1位為讀寫標志。之后每次傳輸的數據也是一個字節，從MSB位（Most Significant Bit 最高有效位，對應有LSB： Least Significant Bit 最低有效位）開始傳輸。每個字節傳完后，在SCL的第9個上升沿到來之前，接受方應該發出一個ACK位。

　　應答位的時鐘脈沖仍由主機產生，而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。主機向從機發送數據時，應答位由從機產生；主機從從機接收數據時，應答位由主機產生。I2C總線標準規定：應答位為 0 表示接收器應答（ACK） ，常常簡記為 A；為 1 則表示非應答（NACK） ，常常簡記為NA。發送器發送完 LSB 之后，應當釋放 SDA 線（拉高 SDA，輸出晶體管截止） ，以等待接收器產生應答位。

　　在切換數據的傳輸方向時，可以不必先產生停止條件再開始下次傳輸，而是直接再一次產生開始條件。I2C 總線在已經處于忙的狀態下，再一次直接產生起始條件的情況被稱為重復起始條件。例如：訪問某一具有 I2C總線接口的 E2PROM 存儲器時，主機先向存儲器輸入存儲單元的地址信息（發送數據） ，然后再讀取其中的存儲內容（接收數據）。

　　帶有 I2C 總線的器件除了有從機地址（Slave Address）外，還可能有子地址。從機地址是指該器件在 I2C 總線上被主機尋址的地址， 而子地址是指該器件內部不同部件或存儲單元的編址。 與從機地址一樣，子地址實際上也是像普通數據那樣進行傳輸的，傳輸格式仍然是與數據相統一的，區分傳輸的到底是地址還是數據要靠收發雙方具體的邏輯約定。子地址的長度必須由整數個字節組成，可能是單字節（8 位子地址） ，也可能是雙字節（16 位子地址） ，還可能是 3 字節以上，這要看具體器件的規定。