I2C的协议定义了通信的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。
1.主设备向从设备发送数据
过程如下（图10-3）：
（1）主设备在检测到总线为“空闲状态”（即SDA、SCL线均为高电平）时，发送一个启动信号S，开始一次通信。
（2）主设备接着发送一个命令字节。该字节由7位的从器件地址和1位读写控制位R／W组成（R／W的1代表读，0代表写），此时的R／W＝0。
（3）相对应的从设备收到命令字节后向主设备反馈应答信号ACK（ACK＝0）。
（4）主设备收到被控器的应答信号后开始发送第一个字节的数据。
（5）从设备收到数据后返回一个应答信号ACK。
（6）主设备收到应答信号后再发送下一个数据字节，可重复多次传送多个数据。
（7）当主设备发送最后一个数据字节并收到从设备的ACK后，通过向从设备发送一个停止信号P，结束本次通信并释放总线。从设备收到P信号后退出与主设备之间的通信。
图10-3 主设备发送数据流程
对应的主设备发送数据时序图如图10-4所示。
图10-4 主设备发送数据时序图
起始信号S是在时钟SCL高电平下SDA的下降沿产生的，标志着一次数据传输的开始。
接着数据传输时钟SCL与SDA相互配合，进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定；只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，如图10-5所示。在SCL时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据，传送过程中，每一位数据都是边沿触发。
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图10-5 数据传输过程的时序图
作为数据接收端时，设备（无论是主设备还是从设备）接收到I2C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信号ACK，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信号NAK，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。
ACK与NAK都是在SCL数据帧的第9个脉冲（传送完一个字节后）。数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA。如果SDA是低电平，代表信号为ACK应答信号；如果SDA是高电平，则代表信号为NAK非应答信号。
结束信号P是在时钟SCL高电平下SDA的上升沿产生的，标志着一次数据传输的结束。
2.I2C的基本操作格式
对I2C总线的操作实际就是主从设备之间的读写操作。大致可分为以下三种操作情况：
（1）主设备往从设备中写数据（图10-6）。
图10-6 主设备往从设备中写数据格式
（2）主设备从从设备中读数据（图10-7）。
图10-7 主设备从从设备中读数据格式
（3）主设备从或往从设备中读写数据（图10-8）。
主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；或者主设备从从设备中读取数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。
图10-8 主设备与从设备的读写数据格式
以上是三种基本操作的数据格式，当然我们也可以通过单独写后再单独读来实现读写操作。很明显，第三种操作在单个主设备系统中不需要结束信号P，不用释放总线，效率较高。
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