本节来学习I2C接口下的AT24C02存储芯片分析，本节学完后，再来学习Linux下如何使用I2C操作AT24C02

1、I2C通信介绍

它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接受数据，是一个多主机的半双工通信方式。

每个挂接在总线上的器件都有个唯一的地址。

位速在标准模式下可达100kbit/s，在快速模式下可达400kbit/s，在高速模式下可达3.4Mbit/s。

2、I2C总线系统结构，如下图所示：

其中SCL时钟线的频率由主机提供，且从机不能主动来引起数据传输，必须等待主机先发信号才行，两个或多个主机同时发起数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁来防止数据被破坏。

3、I2C时序介绍

1）空闲状态

当总线上的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，便是空闲状态，如上面的硬件图所示，当我们不传数据时，SDA和SCL被上拉电阻拉高，即进入空闲状态。

2）起始信号

当SCL为高电平期间，SDA由高电平到低电平的跳变；便是总线的起始信号，只能由主机发起，且在空闲状态下才能启动该信号，如下图所示：

3）停止信号

当SCL为高电平期间，SDA由低电平到高电平的跳变；便是总线的停止信号，表示数据已经传输完成，如下图所示：

4）传输数据格式

当发了起始信号后，就开始传输数据，传输的数据格式如下图所示：

当SCL为高电平时，便会获取SDA数据值，其中SDA数据必须是稳定的（若SDA不稳定就会变成起始/停止信号）

当SCL为低电平时，便是SDA的电平变化状态

若主从机在传输数据期间，需要完成其他功能（例如一个中断），可以主动拉低SCL，使I2C进入等待状态，直到处理结束再释放SCL，数据传输会继续

5）应答信号ACK

I2C总线上的数据都是以8位数据（字节）进行的，当发送了8位数据后，发送方会在第9个时钟脉冲期间释放SDA数据，当接收方接收字节成功，便会输出一个ACK应答信号，当SDA为高电平，表示非应答信号NACK，当SDA为低电平，表示为有效应答信号ACK

PS：

当主机为接收方时，收到最后一个字节后，主机可以不发送ACK信号，直接发送停止信号来结束传输。

当从机为接收方时，没有发送ACK，则表示从机可能在忙其他事、或者不匹配地址信号和不支持多主机发送，主机可以发送停止信号，再次发送起始信号启动新的传输

6）完整的数据传输

如下图所示，发送起始信号后，便发送一个8位的设备地址，其中第8位是对设备的读写标志，后面紧跟着的就是数据了，直到发送停止信号终止

PS：当我们第一次是读操作，然后想换成写操作时，可以再次发送一个起始信号，然后发送读的设备地址，不需要停止信号便能实现不同的地址转换

4、AT24C02介绍

AT24C02是通过I2C实现通讯的，是一个存储芯片，能够存储2kb（256字节）数据

4.1 它的硬件图如下：

其中A2~A0，是这个AT24C03设备的硬件地址，接GND表示硬件地址都为0

4.2 其中AT24C02的数据格式如下所示：

4.3 打开AT24C02数据手册，它的设备地址如下图所示：

其中A2~A0表示硬件地址，P2~P0表示page页地址

bit[0]地址：表示读/写状态，1：读，0：写（所有I2C器件都是这样的，最低位表示方向位）

4.3.1 为什么需要page页地址？

因为I2C的数据位是8位，而AT24CXX的读写地址值最大可以为2048（2^11），超过了I2C的数据位，而page页地址就是用来解决这个问题的

比如AT24C16：

当发送：0XA2（设备地址P[2:0]=0x01）,0x00（读地址）时：

表示要读的真正地址=0x01（页地址）*256+0（读地址）=0x100，转化为二进制=1 0000 0000

当发送：0xA0（设备地址），0x00（读地址时）：

表示要读的真正地址=0x00*256+0xFF=0XFF，转化为二进制=0 1111 1111

4.3.2 如上图所示，对于AT24C02来讲：

芯片的容量小于等于2^8（256）字节，那么读写地址就用8bit来表示，所以设备地址里没有P2~P0

读操作时，发送的设备地址等于0xA1

写操作时，发送的设备地址等于0xA0

5、AT24C02时序图介绍

5.1 写时序介绍

当随机写一个字节时，只需要先发送一个起始信号，然后跟上0xA0设备地址，以及要写的起始地址值，后面便是要写入地址的data，如果需要连续写数据，只需要连续写入dat，地址会自动加1，直到发送停止信号结束

5.2 读时序介绍

当随机读一个字节时，先发送第一个起始信号，然后写入0XA0设备地址和要读的地址值，

接着发送第二个起始信号，然后写入0xA1设备地址，接着就是要读的data，如果需要连续读数据，只需要连续读出data，地址会自动加1，直到发送停止信号结束

最后总结一下：