I2C 總線在嵌入式系統中非常常見，本文詳細講解 I2C 總線的時序規則。

許多電子工程師第一次接觸 I2C 總線，都是通過 EEPROM 或 ROM 通信。實際上，I2C 的應用遠不止存儲芯片，其使用場景與 RS?485、SPI 等總線類似。

EEPROM內存系統架構圖

1. 位傳輸

I2C 是由飛利浦公司開發的雙向兩線同步串行總線，只需要 SCL（時鐘線） 和 SDA（數據線） 兩根線，就能實現總線上多個芯片之間的控制與數據傳輸。

I2C 總線位傳輸

I2C 總線上的數據是逐位傳輸的：

• SCL 為高電平時：SDA 上的數據必須保持穩定，不允許變化。

• SCL 為低電平時：SDA 可以改變電平狀態。

關鍵時序條件

• 起始條件：SCL 為高電平時，SDA 從高電平變為低電平 → 表示傳輸開始。

• 停止條件：SCL 為高電平時，SDA 從低電平變為高電平 → 表示傳輸結束。

• 空閑狀態：SDA 與 SCL 均保持高電平 → 表示總線空閑。

2. 數據傳輸

字節傳輸

主機發送數據時，先發出起始信號，然后將 SDA 設為輸出模式，先發送最高位（MSB），依次發送 8 位數據。

發送完 8 位后，主機會將 SDA 切換為輸入模式，等待從機回復 ACK（應答） 或 NAK（非應答），之后再發送下一個字節。

從機地址

I2C 總線上的每個設備都有固定地址，通常由芯片上的 A0、A1、A2 引腳配置。

地址字節包含：

• 7 位地址位（D7~D1）

• 1 位讀寫方向位（D0）

設備地址的高 4 位（D7~D4）通常由廠商固定為 1111，低 3 位（D3~D1）由 A2、A1、A0 引腳設置。

• D0 = 0：寫操作

• D0 = 1：讀操作

這就是常見地址如 0xA0、0xA1 的由來。

EEPROM設備地址

3. 讀 / 寫流程

① 寫操作流程

1. 主機發送停止信號，避免總線忙碌導致寫入失敗。

2. 主機發送總線復位信號，確保總線空閑。

3. 主機發送起始信號，啟動寫操作。

4. 主機發送從機地址 + 寫位（W/R=0），等待從機 ACK。

5. 收到 ACK 后，主機連續寫入多個字節，每寫完 1 字節等待從機 ACK。

6. 收到最后一次 ACK 后，主機發送停止信號，釋放總線。

② 讀操作流程

1. 主機發送停止信號，避免總線忙碌導致讀取失敗。

2. 主機發送總線復位信號，確保總線空閑。

3. 主機發送起始信號，啟動讀操作。

4. 主機發送從機地址 + 讀位（W/R=1），等待從機 ACK。

5. 收到 ACK 后，主機連續讀取多個字節，每讀完 1 字節向從機回復 ACK。

6. 讀完最后 1 字節并回復 ACK 后，主機發送停止信號，釋放總線。

I2C 在嵌入式領域應用廣泛，在各類電源、工控、消費電子設備中都十分常見。