I2C通信介紹及軟測方法

一、I2C總線的介紹

??I2C是一種非常常見的通信協議，是philips公司提出的，由數據線SDA和時鐘線SCL兩條雙向信號線組成，CPU利用串行時鐘線發出時鐘信號，利用串行數據線發送或者接受數據。SDA線傳輸數據是大端傳輸（字節高位先傳），每次傳輸8bit，即1字節。支持多主控，任何時間點只能有一個主控。每個連接到總線的設備都有一個獨立的地址addr，共7個bit，主機正是利用該地址對設備進行訪問（這是I2C和SPI最大的不同點之一，I2C對從設備進行操作需要知道從設備地址，然后進行尋址；而SPI則不需要通過設備地址尋址）。
??當總線空閑的時候，SDA和SCL都是高電平。在數據傳輸過程中，SCL為高電平的時候，SDA線必須保持穩定，SDA上傳輸1個bit數據；當SCL為低電平的時候，SDA線才可以改變電平。簡言之，只有當SCL為高電平時，SDA的數據才有意義。

??開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。起始信號由主控制器產生。
??結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。結束信號也只能由主控制器產生。
??（記憶竅門：因為總線空閑時兩根線都是高電平，所以開始信號是由高電平變為低電平；而結束信號是要回到總線空閑的狀態，所以是從低電平變為高電平）

??發送到SDA線上的每個字節必須是8位，每次傳輸可以發送的字節數量不受限制，每個字節后必須跟一個ACK應答位，數據從最高有效位(MSB)開始傳輸。
??主機每發送完8bit數據后等待從機ACK。即在第9個clock，若從機發回ACK，SDA會被拉低。若沒有ACK，SDA會被置高，這會引起主控發生RESTART或STOP流程。根據近期實際開發經驗，主機在第一次尋址失敗后，會再次尋址，如果兩次都失敗，那么SDA就會把電平拉高（同時SCL處于高電平狀態），結束通信。

??I2C總線上的所有數據都是以8位字節傳送的，發送器每發送一個字節，就在時鐘脈沖9期間釋放數據線，由接收器反饋一個應答信號。應答信號為低電平時，規定為有效應答位（ACK簡稱應答位），表示接收器已經成功地接收了該字節；應答信號為高電平時，規定為非應答位（NACK），一般表示接收器接收該字節沒有成功。(無論是發送地址還是數據，其后都緊跟著一個ACK/NACK。ACK和NACK由slave提供。)
??如果從機要在完成一些其他功能之后才能接收或發送下一個完整的數據字節，則可以使時鐘線SCL 保持低電平，從而迫使主機進入等待狀態。當從機準備好接收下一個數據字節，并且釋放時鐘線SCL 后，數據傳輸繼續。
??當主控器接收數據時，在最后一個數據字節，必須發送一個非應答信號（NACK），使受控器釋放數據線，以便主控器產生一個停止信號來終止總線的數據傳送。
??在起始信號結束后，發送一個7bit的從設備地址，然后緊跟著讀寫標志位（“0”表示寫，“1”表示讀）。如果從設備有回應，就可以繼續讀寫數據，具體讀寫哪個寄存器也要有所說明。

二、邏輯分析儀抓取總線波形

??在實際工作中可以使用邏輯分析儀抓取I2C總線的波形進行排故。

??由于我手上只有杜邦線，缺少邏輯分析儀專用的數據線（一頭帶夾子，如下圖所示），沒有辦法在連接外設的同時抓取波形，所以此處只能簡單抓取主設尋址外設的波形。
??抓取波形使用的軟件是USBee Suite,如下圖所示：

??快速設置信號4,5為I2C總線，這種設置方法也決定了硬件上的連接。

??設置采樣率和樣本數如圖所示：

??設置下降沿觸發（倒數第3個信號通道，軟件上標注的SDA和SCL并不是實際上的SDA和SCL，這是一個軟件BUG，根據波形來判斷，有規律的進行跳變的就是SCL， 另外一個是SDA.）：

??使用單次觸發方式捕獲波形：

??實際捕獲到的波形如下圖所示：

??根據波形可以看出，GM5主設兩次尋址地址為0X22的從設備，但是沒有收到從設備的回應（NACK）,最終主設停止了本次通信。

原文標題：二、邏輯分析儀抓取總線波形

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