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I2C 总线在嵌入式系统中非常常见，本文详细讲解 I2C 总线的时序规则。

许多电子工程师第一次接触 I2C 总线，都是通过 EEPROM 或 ROM 通信。实际上，I2C 的应用远不止存储芯片，其使用场景与 RS‑485、SPI 等总线类似。

EEPROM内存系统架构图

1. 位传输

I2C 是由飞利浦公司开发的双向两线同步串行总线，只需要 SCL（时钟线） 和 SDA（数据线） 两根线，就能实现总线上多个芯片之间的控制与数据传输。

I2C 总线位传输

I2C 总线上的数据是逐位传输的：

• SCL 为高电平时：SDA 上的数据必须保持稳定，不允许变化。

• SCL 为低电平时：SDA 可以改变电平状态。

关键时序条件

• 起始条件：SCL 为高电平时，SDA 从高电平变为低电平 → 表示传输开始。

• 停止条件：SCL 为高电平时，SDA 从低电平变为高电平 → 表示传输结束。

• 空闲状态：SDA 与 SCL 均保持高电平 → 表示总线空闲。

2. 数据传输

字节传输

主机发送数据时，先发出起始信号，然后将 SDA 设为输出模式，先发送最高位（MSB），依次发送 8 位数据。

发送完 8 位后，主机会将 SDA 切换为输入模式，等待从机回复 ACK（应答） 或 NAK（非应答），之后再发送下一个字节。

从机地址

I2C 总线上的每个设备都有固定地址，通常由芯片上的 A0、A1、A2 引脚配置。

地址字节包含：

• 7 位地址位（D7~D1）

• 1 位读写方向位（D0）

设备地址的高 4 位（D7~D4）通常由厂商固定为 1111，低 3 位（D3~D1）由 A2、A1、A0 引脚设置。

• D0 = 0：写操作

• D0 = 1：读操作

这就是常见地址如 0xA0、0xA1 的由来。

EEPROM设备地址

3. 读 / 写流程

① 写操作流程

1. 主机发送停止信号，避免总线忙碌导致写入失败。

2. 主机发送总线复位信号，确保总线空闲。

3. 主机发送起始信号，启动写操作。

4. 主机发送从机地址 + 写位（W/R=0），等待从机 ACK。

5. 收到 ACK 后，主机连续写入多个字节，每写完 1 字节等待从机 ACK。

6. 收到最后一次 ACK 后，主机发送停止信号，释放总线。

② 读操作流程

1. 主机发送停止信号，避免总线忙碌导致读取失败。

2. 主机发送总线复位信号，确保总线空闲。

3. 主机发送起始信号，启动读操作。

4. 主机发送从机地址 + 读位（W/R=1），等待从机 ACK。

5. 收到 ACK 后，主机连续读取多个字节，每读完 1 字节向从机回复 ACK。

6. 读完最后 1 字节并回复 ACK 后，主机发送停止信号，释放总线。

I2C 在嵌入式领域应用广泛，在各类电源、工控、消费电子设备中都十分常见。

关键词： 嵌入式系统 I2C 总线 时序