3I2C总线数据传输格式

I²C总线上可以连续以8位（1B）二进制数的方式传输数据。但每启动一次I²C总线，其后的数据传输字节数没有限制。每传输1B后都必须跟随等待一个应答位，并且首先发送的数据位为最高位，在全部数据传输结束后，主控制器发送结束信号，数据传输时序如图12-14所示。

1.数据传输时的总线控制

从图12-14中可以看出，没有时钟信号时数据传输将停止进行，I²C总线接口的“线与”功能将使SCL在低电平时钳住总线。I²C总线的这种特征可以用于当接收器收到一字节数据后，要进行一些其他工作而无法立即接收下一个数据时，迫使总线进入等待状态，直到接收器准备好接收新的数据时，接收器再释放时钟线，使数据传输能够继续正常进行。例如，当接收器按照图12-14中时序接收完主控制器的一字节数据后，产生中断信号并进行中断处理，中断处理完毕后，才能接收下一字节数据，接收器在处理中断过程中将钳住SCL线为低电平，直到中断处理完毕后才释放SCL线。

图12-14 I²C总线上的数据传输时序

2.应答信号

当I²C总线传输数据时，每传送一字节数据后必须跟随等待一个应答信号，即接收器在接收到一字节数据后，向发送器发出特定的低电平信号，表示已收到数据。与应答信号相对应的时钟由主控制器产生，这时发送器必须在这个时钟位上释放数据线，使其处于高电平状态，以便接收器在这一时钟位上送出应答信号。主控制器接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递应答信号的判断。若未收到应答信号，就可判断为受控单元出现故障。

图12-15所示是应答信号时序图，应答信号在第9个时钟位出现，接收器输出低电平作为应答信号（ACK），输出高电平则为非应答信号。如果由于某种原因，被控器不产生应答信号时，必须释放总线，将数据线置为高电平，然后主控器可以通过产生一个结束信号来终止总线上的数据传输。

图12-15 I²C总线上应答信号时序图

主控器接收数据时，当接收到最后一个数据字节后，必须给被控制器发送一个非应答信号（ACK），使被控器释放数据线，以便主控器发送停止信号，从而终止数据传输。I²C总线一次完整的数据传输时序如图12-16所示。

图12-16 I²C总线一次完整的数据传输时序

3.数据传送格式

在I²C总线传输数据过程中，必须遵循规定的数据传送格式。按照总线约定，起始信号表明一次传输数据的开始，其后为寻址字节。寻址字节由高7位地址码和最低位作方向位组成读/写控制位，方向位表明主控器与被控器数据传输的方向，方向位为0时表明主控器对被控器进行写操作，为1时表明主控器对被控器进行读操作。在寻址字节后是按指定读/写操作的数据字节与应答位。在数据传输完成后，主控器必须发送停止信号。

总线上的数据传输有很多读/写组合方式，下面介绍I²C总线的三种数据传输格式。

（1）主控器写操作

主控器写操作是指主控器向被寻址的被控器写入n字节数据的操作，整个传输过程中数据传输的方向不变，其数据传输格式如下：

SLAW：寻址字节（写），即器件写操作控制字。(www.xing528.com)

S：起始信号（即输出下降沿）。

ACK：应答信号（即输出“0”电平）。

ACK：非应答信号（即输出“1”电平）。

P：停止信号（即输出上升沿）。

Data-1～Data-n：写入被控器的n字节数据。

（2）主控器读操作

主控器读操作是指主控器从被控器中读出n字节数据的操作，整个传输过程中除了寻址字节外，都是被控器发送、主控器接收的过程，其数据传输格式如下：

其中SLAR是寻址字节（读），即器件读操作控制字。其余的定义与主控器写操作中定义相同。

在上述格式中，主控器发送停止位之前应先发送非应答位，向被控器表明读操作结束。

（3）主控器读/写操作

主控器读/写操作是指主控器在一次数据传输过程中，需要改变数据传输方向的操作，每转变一次数据传输方向，起始信号和寻址字节都必须重复一次，但数据传输的方向相反。其数据传输格式如下：

在上述格式中，Sr为重复起始信号。

从前面三种数据传送格式可以得出I²C总线数据传输操作规则如下：

1）起始、结束和寻址字节都由主控器发送，数据字节的传输方向由寻址字节的方向位确定。

2）寻址字节值表明器件地址及传输方向，器件内部的n个数据地址由器件设计者在该器件的I²C总线数据操作格式中指定，第一个数据字节作为器件内的单元地址数据，并设置了地址自动加、减功能，以减少单元地址寻址操作。

3）每字节传输都必须有相应的应答信号或非应答信号。

4）I²C总线被控器在接收到起始信号后必须将总线逻辑复位，以便对将要开始的被控器地址传送进行预处理。