嵌入式基础--第七周作业--OLED显示

news/2025/10/27 17:17:48/文章来源:https://www.cnblogs.com/dshuidawsud/p/19169436

一.I2C协议的基本原理和时序协议
一、I2C 协议的基本原理
I2C协议的核心设计思想是用最少的连线实现多个器件之间的通信。它只需要两根线：

SDA：串行数据线，用于传输数据。
SCL：串行时钟线，用于同步时钟。
核心特性
半双工通信：数据可以在SDA线上双向流动，但同一时刻只能有一个方向。
同步通信：所有通信都由主设备产生的SCL时钟信号同步。
多主从结构：总线上可以连接多个主设备和多个从设备。
地址寻址：每个从设备都有一个唯一的7位或10位地址，主设备通过地址来选择与哪个从设备通信。
低速通信：标准模式速度为100kbps，快速模式为400kbps，高速模式可达3.4Mbps。
线与逻辑：SDA和SCL线都是开源输出或集电极开路结构。这意味着设备只能将总线拉低（输出0），而不能主动拉高（输出1）。总线通过上拉电阻被拉到高电平。这种设计实现了“线与”功能，避免了多个设备同时输出时的总线冲突。
总线上的角色

主设备：负责发起和终止一次传输，产生时钟信号SCL。
从设备：响应主设备的寻址，接收或发送数据。

二、I2C 时序协议详解

一次完整的I2C通信由起始条件、数据传输和停止条件组成。数据传输的基本单位是字节（8位），每个字节传输后都跟随一个应答位。

起始条件

当SCL线为高电平时，SDA线发生一个从高到低的跳变。
这个独特的边沿信号告诉总线上所有设备：一次传输开始了。

停止条件

当SCL线为高电平时，SDA线发生一个从低到高的跳变。
这个信号表示本次传输结束，总线将被释放。

数据传输与应答

数据传输以字节（8位）为单位，从最高有效位开始依次发送。每个字节后必须紧跟一个应答位。

数据有效性：在SCL为高电平期间，SDA线上的数据必须保持稳定。只有在SCL为低电平时，SDA线上的数据才允许变化。
应答：每传输完一个字节（8位数据），发送方（无论是主设备还是从设备）会释放SDA线。接收方需要在第9个时钟脉冲期间将SDA线拉低，表示已成功接收到数据。
非应答：如果接收方在第9个时钟脉冲期间没有将SDA线拉低（即SDA线因上拉电阻保持高电平），则表示非应答。这通常意味着：
接收方未准备好或无法接收。
主设备读取数据时，用它来告诉从设备“不要再发送数据了”。

三、完整的数据传输帧格式
一次完整的I2C通信包含以下几个部分：

主设备写数据到从设备
起始条件
从设备地址（7位） + 写标志位（0）
从设备应答
数据字节（8位）
从设备应答
（可重复多个数据字节）
停止条件
主设备从从设备读取数据
起始条件
从设备地址（7位） + 读标志位（1）
从设备应答
从设备发送数据字节（8位）
主设备应答（如果希望继续读）或主设备非应答（如果这是最后一个字节）
（可重复多个数据字节，最后一个字节主设备发NACK）
停止条件
复合格式（在一次传输中改变方向）
这种方式非常常见，例如先告诉从设备要读取哪个寄存器地址，然后再读取数据。
起始条件
从设备地址 + 写（0）
ACK
寄存器地址（数据字节）
ACK
重复起始条件（注意，这里不是停止条件！）
从设备地址 + 读（1）
ACK
从设备发送数据字节
主设备NACK （假设只读一个字节）
停止条件（P）
重复起始条件（Repeated Start）的波形与起始条件完全相同。它可以在不释放总线（不发送停止条件）的情况下开始一次新的通信，保证了操作的原子性。