3.2 的工作原理（HOW WORKS）
使用 ，数据在消息中传输。消息被分解成数据帧。每条消息都有一个地址帧，其中包含从机的二进制地址，以及一个或多个包含正在传输数据的数据帧。该消息还包括每个数据帧之间的启动和停止条件、读/写位以及ACK/NACK位：
启动条件（StartCondition）：SDA 线在SCL线从高到低切换之前从高电位切换到低电位。
停止条件（StopCondition）：SDA 线在SCL线从低到高切换之后从低电位切换到高电位。
地址帧（AddressFrame）：每个从机都有唯一的7位或10位数列，主机可以通过该序列识别从机，主机如果需要向从机发送/接收数据，首先要发送对应从机的地址，然后会匹配总线上挂载的从机的地址。
读/写位（Read/Write Bit）：指定主机是向从机发送数据（低电位）还是请求从机发送数据（高电位）的1个位。
ACK/NACK位（ACK/NACK Bit）：在一条消息中，每一帧后都跟随1个确认应答(ACK)/非确认应答(NACK)位。如果一个地址帧或数据帧是被成功接收，一个确认应答位（ACK bit）将从接收设备返回给发送设备。
3.3 寻址（ADDRESSING）
没有像SPI这样的从机片选接口线，所以它需要另一种方式让从机知道数据被发送到它，而不是另一个从机。它需要通过寻址来实现。地址帧始终是新消息中开始位后的第一帧。
主机将它想要与之沟通的从机的地址发送给与之相连的每一个从机。然后，每个从机将从主机发送的地址与自己的地址进行比较。如果地址匹配，它会向主发送低电压ACK位。如果地址不匹配，从机什么都不做，SDA线仍然很高。
3.4 读/写位（READ/WRITE BIT）
在地址帧的末尾包含一个单独的位，用于通知从机，主机是否想向它写数据还是想从它接收数据。如果主机要将数据发送给从机，读/写位是低电位；如果主机请求来自从机的数据，则该位为高电位1。
3.5 数据帧（THE DATA FRAME）
在主机检测到从机发出的ACK位后，第一个数据帧已准备好发送。
数据帧始终为8位长，并且首先发送最重要的位。每个数据帧后面都立即有ACK/NACK 位，以验证帧是否已成功接收。在发送下一个数据帧之前，主机或从机（取决于谁发送数据）必须接收ACK位。
在发送完所有数据帧后，主机可以向从机发送停止条件以停止传输。停止条件是在SCL线路上从低到高过渡后，SDA线的电压从低到高过渡，SCL线保持高位。
3.6 数据传输的步骤（STEPS OF I2C DATATRANSMISSION）
1. 主机发送启动条件给每一个连接的从机，在SCL线从高到低切换之前，主机将SDA线从高切换到低电平即可触发启动条件，即在SCL高电平时候给SDA一个下降沿，如下图所示，注意箭头的时序方向：
2. 主机发送它想与之沟通的7位或10位从机地址，以及读/写位：
3. 每个从机将从主机发送的地址与自己的地址进行比较。如果地址匹配，则从机通过将SDA 线拉低1个位来返回ACK位。如果主机的地址与从机自己的地址不匹配，则从机会将SDA线留在高电位（通过上拉电阻）。地址匹配的从机返回ACK位如下图所示：
4.主机发送或接收数据帧：
5. 传输每个数据帧后，接收设备会将另一个ACK 位返回给发件人，以确认成功接收帧：
6. 为了停止数据传输，主机发送一个停止条件给从机，通过在SDA拉高之前先拉高SCL，即在SCL高电平时候给SDA一个上升沿，如下图所示，注意箭头表示的传输顺序：
3.7 单主机与多从机（SINGLE MASTER WITH MULTIPLE SLAVES）
由于 使用寻址，因此可以实现单个主机控多个从机。使用7位地址理论上可提供 128（2^7）个唯一地址。使用10位地址并不常见，但理论上可提供1024（2^10）个唯一地址。要将多个从机连接到单个主机，请像下面这样将它们连接起来，并用4.7K Ohm上拉式电阻器将SDA和SCL线连接到Vcc：
3.8 多主机与多从机（MULTIPLE MASTERS WITH MULTIPLE SLAVES）
多个主机可以连接到一个单一的从机或多个从机。在多主机系统总，当两个主机尝试同时通过SDA线发送或接收数据时，问题就出现了。为了解决这个问题，每个主机在传输消息之前需要检测SDA线是低电平还是高电平。如果SDA线为低电平，则意味着另一个主机正控制着总线，该主机应等待发送消息。如果SDA线被拉高，则传输消息是安全的。
要将多个主机连接到多个从机，请按下图连接，并使用4.7K Ohm上拉式电阻器将SDA和 SCL线连接到Vcc：
3.9 的优缺点（ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF ）
优势：
仅使用两根电线
支持多个主和多个奴隶
ACK/NACK 位确认每个帧都成功传输
硬件不如UART复杂
众所周知和广泛使用的协议
缺点：
数据传输速率低于SPI
数据框架的大小限制为8位
实现所需的硬件比SPI更复杂
3.10 总结
总线由9bit的块构成。开始条件：当SCL是高电平时候SDA从高到底跳变的下降沿，作为开始条件。在总线上的所有从机都要开始注意了：
地址位为紧跟开始条件的7bit数据，主机想要与该地址从机沟通：
读写位为紧跟7bit地址后的第8位作为读写选择位：该位用于表示主机是想读从机的数据还是想往从机里写数据：为1表示读；为0表示写。
主机和从机之间的同步位：0表示ACK；1表示NACK。0：我在或数据已接收。1：没有我或数据未接收。
数据字节：在地址字节后的8位是来自主机或从机的数据字节。至于来自谁，要看读写位。当写周期，主机发送数据；当读周期，从机发送数据：
停止条件：当SCL是高电平时，数据线SDA从低电平跳变到高电平产生的上升沿作为停止条件。主机通知从机本次沟通结束。
完整的总线协议时序，如下图所示：
3.11 备注
本笔记图中带箭头的表示时序传递的优先顺序，箭头表示数据传输的方向或先发生的时序。1.10小结没有标注箭头，以左侧作为先发生的时序，请勿与前面的图弄混。
声明：本文由21ic论坛网友gaoyang9992006翻译自外网和飞利浦相关技术文档，并辅以自己理解。如需高清版PDF文件，请点击文末“阅读原文”进行查看和下载。
END
作者：gaoyang9992006
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