轉載自:https://blog.csdn.net/huzgd/article/details/6187056
本篇博客藉助示波器對i2c讀寫時序分析的很詳細，圖文並茂。
對於嵌入式開發的朋友來說，I2C協議實在是再熟悉不過了，有太多的器件，採用的都是通過I2C來進行相應的設置。今天，我們就隨便聊聊這個I2C協議。
I2C協議中最重要的一點是I2C地址。這個地址有7位和10位兩種形式。7位能夠表示127個地址，而在實際使用中基本上不會掛載如此多的設置，所以很多設備的地址都採用7位，所以本文接下來的說明都是基於此。
I2C還有一個很重要的概念，就是“主—從”。對於從設備來說，它是啥都不幹的，更不會自動發送數據；而主設備，則是起到控制作用，一切都是從它開始。
除了GND以外，I2C有兩根線，分別是SDA和SCL，所有的設備都是接到這兩根線上。那麼，這些設備如何知道數據是發送給它們呢？這就得依靠前面所說到的地址了。設備I2C的地址是固定的，比如0x50，0x60等等。因爲只能有127個地址，地址衝突是很常見的，所以一般設備都會有一個地址選擇PIN，比如拉高時候爲0x50，接地爲0x60。如果無論拉高還是接地，都和別的芯片有衝突，那該怎麼辦呢？答案是：涼拌，沒辦法。遇到這種情況，只能換芯片了。
我們來看I2C協議中的數據傳輸時序圖：
SCL是時鐘，SDA承載的是數據。當SDA從1變動到0，而SCL還是1時，表示開始數據傳輸。接下來的7位，就是設備的地址。緊接着的是讀寫標誌，其爲1時是讀取，爲0則是寫。如果I2C總線上存在着和請求的地址相對應的設備，則從設備會發送一個ACK信號通知主設備，可以發送數據了。接到ACK信號後，主設備則發送一個8位的數據。當傳輸完畢之後，SCL保持爲1，SDA從0變換到1時，標明傳輸結束。
從這個時序圖中可以看到，SCL很重要，並且哪個時鐘沿是幹嘛的，都是確定好的。比如，前面7個必定是地址，第8個是讀寫標誌，數據傳輸必須是8位，必須接個ACK信號等等。
前面的時序圖並沒有標明數據傳輸的方向，我們現在看看寫操作的數據流向：
網格的是主設備發送的，白色格子是從設備發送的。從圖示中可以看到，對於寫操作，從設備都只是發送ACK進行確認而已。
而讀操作的數據流向，就有所不同，如圖：
這時候，從設備除了發送ACK以外，緊跟着的還有數據。
我們用示波器來查看波形圖，以便於理解。
將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL，得到波形並分析如圖:
I2C的概念原理網上都有就不說了，這裏只把我把兩個開發板通過I2C通訊的調試經驗記錄分享一下。
I2C要求要有一個主設備，負責發起請求和控制時鐘；其它爲從設備，通過設備ID地址來識別並響應主設備請求。主從設備要輪流控制SDA。一開始我沒搞明白這一點，直接加了寫I2C數據代碼，然後用示波器在SDA和SCL腳測量，卻只能找到些凌亂的波形，沒有預期的效果。後來把從設備接上，兩邊寫好代碼，互相有了響應，這纔在示波器上看到波形。
這裏我找了一個主設備往從設備寫數據的例子，代碼如下：
char buf[128];
int len;
strcpy(buf,"..huz_hello_i2c/n");
len=strlen(buf);
//deviceid: 0x3c
write_i2c(0x3c, buf , len);
接收端的代碼比較簡單，就不貼了。
將示波器的X和Y分別接到SDA和SCL，得到波形並分析如圖：
從圖中可知寫時序如下：
- 由主機發起，在SCL爲高電平時，SDA由高到低切變，形成開始信號；
- 接着是7位地址和一位讀寫標誌，這裏7位地址爲0111100，即0x3c，正是我們代碼中設置的地址ID；最後一位爲0表示寫操作；
- 接着在下一個時鐘，主機以高電平狀態釋放SDA，這時從機響應，將SDA拉低了；
- 接着是兩個8位數據00101110與響應，即0x2E，正是“.”號的ASCII碼，符合預期輸出；
- 還有其它數據和最後的停止位，圖中被截掉了。
從圖中可知，縱向一格是200mV，則SDA和SCL的電平大概就是350mV；由於信號筆上設置了信號x10，因此實際電平應該大概是3.5V（理論上應該是3.3V）。橫向一格是25us，10個時鐘週期大概用了4格，即4x25us=100us，平均每個時鐘週期是10us，可算出傳輸頻率爲1/10us=100,000/s，即100k bps。
另外，對於讀從設備內容，基本流程是主設備先往從設備寫一個命令，然後再輸出讀取命令，然後才由從設備發送數據。過程類似，不再具體分析了。
下圖示例中，主機先向從機寫了一個地址命令，然後重新開始並進入讀取週期。
分析波形可檢測出I2C通信工作是否正常，是否符合預期，對我們編程調試診斷有輔助作用。