I2C总线详解：数据帧格式与AVR TWI通信

"讲解了I2C总线的基本概念、工作原理，特别是数据帧格式，包括起始和终止信号，以及数据的传输方式。" I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种由飞利浦公司（现NXP半导体）开发的简单、高效的两线式串行通信总线，广泛应用于微控制器系统中，用于连接各种外围设备。该总线的主要特点是只需要两条线：数据线SDA（Serial Data）和时钟线SCL（Serial Clock），通过上拉电阻连接到正电源，空闲时保持高电平。 在I2C总线的数据帧格式中，每次传输始于起始信号，由SCL为高电平时SDA线由高变低产生。传输结束则通过SCL为高电平时SDA线由低变高形成终止信号。起始信号标志着总线被占用，终止信号表示总线空闲，允许其他设备接管。 数据传输有两种基本模式：主机发送数据（T）和主机接收数据（R）。每个数据传输的开始，主机发送一个7位的从机地址，第8位是R/T位，0表示主机发送，1表示主机接收。每次传输都由主机控制，并在传输结束时产生终止信号，除非主机希望连续传输，此时可以不发送终止信号而直接开始新的起始信号，寻址另一个从机。 字节传送时，数据按从高位到低位（MSB到LSB）的顺序依次传输。每个字节传输后，接收方需要给出一个应答信号，通常是通过拉低SDA线来表示已接收到数据。如果接收方无法立即处理下一个字节，它可以保持SCL线为低电平，迫使主机暂停传输，直到接收方准备好接收下一位数据。 I2C总线还支持总线仲裁机制，确保在多主机系统中只有一个主机能够控制总线，避免冲突。此外，每个连接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址，使得主机能够精确地找到并通信特定的从设备。 AVR微控制器的TWI（Two-Wire Interface）是实现I2C协议的一种硬件模块，它简化了在AVR芯片上实现I2C通信的过程，提供了方便的接口和控制寄存器，使得开发者能高效地进行I2C通信，如读写外部设备的寄存器。 总结来说，I2C总线是一种高效、节省引脚的通信协议，尤其适合于嵌入式系统中的低速、短距离通信。其数据帧格式和传输机制确保了可靠的数据交换，而AVR的TWI接口则为这种通信提供了硬件级别的支持。