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单片机：单片机串行通信：I2C串行通信协议与应用

1I2C通信协议基础

1.1I2C协议的历史与特点

I2C（Inter-IntegratedCircuit）协议是由Philips公司开发的一种两线式串行

总线标准，用于连接微控制器和各种外围设备。自1982年首次推出以来，I2C

协议因其简单性和高效性，在嵌入式系统中得到了广泛应用。I2C协议的特点包

括：

两线通信：仅使用两条线（SDA和SCL）进行数据传输，简化了硬

件设计。

多设备通信：支持多个设备在同一总线上进行通信，每个设备都

有唯一的地址。

主从模式：通信过程中，一个设备作为主设备，其他设备作为从

设备。主设备控制数据的传输和时序。

可扩展性：通过增加设备地址，可以轻松扩展总线上的设备数量。

1.2I2C通信的基本原理

I2C通信基于主从模式，其中主设备控制总线的时序和数据流。通信过程包

括启动、寻址、数据传输、应答和停止等步骤。数据传输以字节为单位，每个

字节后都有一个应答位，用于确认数据是否被正确接收。

1.2.1启动和停止

启动：当SCL线为高电平时，SDA线从高电平变为低电平，表示

通信开始。

停止：当SCL线为高电平时，SDA线从低电平变为高电平，表示

通信结束。

1.2.2寻址

每个I2C设备都有一个7位或10位的地址，主设备通过发送地址来选择与

哪个从设备通信。地址的最后一位是读写方向位，0表示写，1表示读。

1.2.3数据传输

数据传输遵循以下规则：

在SCL线为高电平时，SDA线上的数据必须保持稳定。

数据在SCL线的下降沿被采样。

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1.3I2C通信的时序图解析

I2C通信的时序图是理解其工作原理的关键。下面是一个典型的I2C通信时

序图：

SCL:___________________________________

SDA:___________________________________

1.3.1时序图示例

假设我们有一个I2C通信的时序图，其中主设备向从设备发送一个字节的

数据，然后从设备发送一个应答。时序图如下：

SCL:___________________________________

SDA:___________________________________

实际上，SDA线上的数据在SCL的每个上升沿被锁存，而在SCL为高电平

时，SDA线上的数据必须保持稳定。当SCL线下降时，SDA线上的数据可以改

变。应答位在数据字节传输后的一个额外的时钟周期中发送，SDA线在SCL线

的高电平期间被拉低表示应答。

1.3.2代码示例

下面是一个使用Arduino进行I2C通信的示例代码，该代码向一个I2C从设

备（例如，一个传感器）发送一个字节的数据，并读取一个字节的应答。

#includeWire.h

voidsetup(){

Wire.begin();//初始化I2C总线

Wire.beginTransmission(0x48);//开始向地址为0x48的设备发送数据

Wire.write(0x00);//发送一个字节的数据

Wire.endTransmission();//结束数据发送

delay(100);//等待设备处理数据

Wire.requestFrom(0x48,1);//从地址为0x48的设备请求一个字节的数据

while(Wire.available()){//当有数据可用时

bytedata=Wire.read();//读取一个字节的数据

Serial.println(data,HEX);//打印读取的数据

}