I2C是一种广泛应用于短距离设备间通信的串行总线通信协议，常用于连接传感器、EEPROM、显示器等设备。其通信序列具有以下关键特征：

1. 总线结构

I2C采用双线制通信，总线上包含以下两条信号线：

• SCL（Serial Clock Line，时钟线）： 用于同步数据传输的时钟信号。

• SDA（Serial Data Line，数据线）： 用于传输数据的信号线。

I2C总线支持多主机（Master）与多从机（Slave），主机负责控制通信，而从机根据地址选择是否参与通信。

2. 通信序列

I2C通信的典型步骤如下：

（1）起始信号（Start Condition，S）：
通信开始时，主机通过将SDA线拉低（在SCL线为高电平的情况下）发出起始信号。这标志着数据传输的开始。

（2）地址传输（Addressing）：
主机发送从机地址（通常为7位）及读/写标志位（R/W）。

• R/W = 0 表示写操作（主机向从机发送数据）。

• R/W = 1 表示读操作（主机从从机读取数据）。
  从机会根据地址识别是否需要参与通信。

（3）数据传输（Data Transfer）：
数据按字节（8位）进行传输，每次传输后接收方会发出应答信号（ACK或NACK）。

• ACK（Acknowledge）： 表示接收成功。

• NACK（No Acknowledge）： 表示接收失败或通信结束。

（4）停止信号（Stop Condition，P）：
通信结束时，主机通过将SDA线从低电平拉高至高电平（在SCL线为高电平时）发出停止信号，标志着当前通信结束。

3. 时序与同步

• 同步传输： I2C是同步通信协议，数据传输由时钟信号（SCL）控制。

• 位传输时序： 每个数据位的传输在一个时钟周期内完成，通常在时钟的上升沿或下降沿采样数据。

4. 数据传输格式

数据格式由字节传输和应答信号组成：

• 数据字节： 每次传输8位数据。

• 应答信号： 每个数据字节后，接收方通过ACK/NACK确认是否接收成功。

ACK/NACK含义：

• ACK： 接收设备将SDA线拉低，表示接收成功。

• NACK： 接收设备保持SDA线高电平，表示接收失败或结束通信。

5. 多主模式与从设备地址

• 多主模式： I2C支持多个主设备，主机之间通过总线争用机制决定通信权。

• 从设备地址： 每个从机都有唯一的7位或10位地址，由制造商指定。R/W位用于区分读写操作。

6. 总线速率

I2C支持多种传输速率：

• 标准模式（Standard Mode）：100 kbps

• 快速模式（Fast Mode）：400 kbps

• 高速模式（High-speed Mode）：3.4 Mbps

• 超高速模式（Ultra-fast Mode）：5 Mbps或更高（特定应用）

I2C通信时序示例

以下是一个典型的I2C时序：

SDA

S

A

A

A

A

P

| SCL | | | | | | |

• S（Start）： 起始信号

• A（Acknowledge）： 应答信号

• P（Stop）： 停止信号

总结

I2C通信序列的特点：

1. 使用两条信号线（SCL和SDA）进行数据传输。

2. 每次通信以起始信号（Start）开始，以停止信号（Stop）结束。

3. 从机通过7位地址选择是否参与通信，附带R/W位标识操作类型（读或写）。

4. 每个字节传输后有ACK/NACK信号，用于确认接收成功与否。

5. 支持多主多从设备的灵活通信，适用于多设备之间的低速短距离通信场景。