一、引言

I2C（Inter-Integrated Circuit）總線協議，即集成電路總線協議，是一種用于連接微控制器及其外圍設備的串行總線協議。I2C總線以其簡單的兩線制連接、高可靠性、高集成度和易于擴展等特點，在嵌入式系統設計中得到了廣泛應用。本文將詳細介紹I2C總線協議的工作原理和尋址格式，幫助讀者深入理解該協議。

二、I2C總線協議的工作原理

I2C總線協議的工作原理主要涉及兩個方面：數據傳輸方式和系統組成。

數據傳輸方式

I2C總線通過兩根線進行數據傳輸：一根是數據線SDA（Serial Data Line），另一根是時鐘線SCL（Serial Clock Line）。SDA線用于傳輸數據，而SCL線則用于同步數據傳輸的時鐘信號。在I2C總線系統中，數據傳輸采用主從模式，即一個主設備（通常是微控制器）與多個從設備（如傳感器、存儲器等）進行通信。

（1）起始信號與停止信號

數據傳輸的起始和停止由主設備控制。當SCL為高電平時，SDA由高到低的跳變表示起始信號；而當SCL為高電平時，SDA由低到高的跳變表示停止信號。起始信號和停止信號都是電平跳變時序信號，用于標識數據傳輸的開始和結束。

（2）數據傳輸過程

在起始信號后，主設備開始發送數據。在每個時鐘周期內，主設備將數據放在SDA線上，而從設備則根據SCL線的狀態讀取數據。當SCL為高電平時，SDA線上的數據保持穩定；當SCL為低電平時，SDA線上的數據可以發生變化。通過這種方式，主設備和從設備之間實現了數據的串行傳輸。

（3）應答信號（ACK）

在I2C總線協議中，每個字節的數據傳輸后都會跟隨一個應答信號（ACK）。應答信號由從設備發送，用于確認數據已成功接收。當從設備成功接收到數據時，會在時鐘周期的第九個周期（SCL的第9個高電平）將SDA線拉低以發送應答信號；若從設備未能成功接收數據，則不會發送應答信號，此時SDA線將保持高電平。

系統組成

I2C總線系統由主設備和從設備組成。主設備負責啟動總線傳輸數據并產生時鐘信號以同步數據傳輸；而從設備則根據主設備的控制進行數據的接收和發送。每個從設備在I2C總線上都有一個唯一的地址碼，用于標識和尋址。

三、I2C總線協議的尋址格式

I2C總線協議的尋址格式主要有兩種：7位地址模式和10位地址模式。

7位地址模式

在7位地址模式下，I2C總線允許最多128個設備連接。每個設備都有一個唯一的7位地址碼用于尋址和識別。尋址過程中，主設備首先發送一個起始信號，然后發送一個包含設備地址和讀/寫位的字節。設備地址占據了字節的高7位，而讀/寫位占據了最低有效位。當某個設備的地址與發送的地址匹配時，該設備將發送一個應答信號以確認其存在。

10位地址模式

當需要連接的設備數量較多時，7位地址模式可能無法滿足需求。此時，可以使用10位地址模式。10位地址模式可以連接最多1024個設備。與7位地址模式相比，10位地址模式的尋址過程稍有不同。主設備首先發送一個起始信號，然后發送兩個字節的數據。第一個字節包含了設備地址的高7位和一個保留位（通常為1），第二個字節包含了設備地址的低3位和讀/寫位。設備在接收到這兩個字節后，進行地址比較并發送應答信號以確認其存在。

四、總結

I2C總線協議以其簡單的兩線制連接、高可靠性、高集成度和易于擴展等特點在嵌入式系統設計中得到了廣泛應用。本文詳細介紹了I2C總線協議的工作原理和尋址格式，希望能夠幫助讀者深入理解該協議并更好地應用于實際項目中。