3. I2C从机地址与读写操作：7位地址与10位地址格式、读操作流程、写操作流程

地址这东西，说白了就是I2C总线上的门牌号。主设备要跟谁说话，就得先喊对门牌。我刚开始调I2C时，总觉得地址就是地址，能对上就行。结果有一次，一个传感器死活不响应，查了半天才发现——我把7位地址和8位地址搞混了。嗯，这坑我替你们踩过了。

3.1 7位地址格式

标准I2C用7位地址，范围是0x00到0x7F。但实际能用的地址没这么多，0x00是广播地址，0x7F保留，所以真正可用的地址范围是0x01到0x7E。

7位地址在总线上传输时，会被左移1位，最低位填上读写标志位（R/W）。所以你在数据手册里看到的地址，通常是7位值，但示波器上抓到的第一个字节是左移后的8位值。

我个人的习惯是，在代码里直接用7位地址定义宏，然后在发送时手动左移。这样可读性更好，也方便后期维护。

3.2 10位地址格式

7位地址最多挂127个设备，实际够用。但有些复杂传感器、多通道ADC或者FPGA，地址不够用怎么办？I2C规范里定义了10位地址扩展。

10位地址的传输分两个阶段：

1. 第一个字节：高5位固定为11110，接着是地址的高2位（bit 9:8），最后是R/W位。
2. 第二个字节：地址的低8位（bit 7:0）。

3.3 写操作流程

写操作，就是主设备往从设备里送数据。流程其实很简单：

1. 主设备发送START条件
2. 主设备发送从机地址 + 写标志（R/W = 0）
3. 从机应答ACK
4. 主设备发送寄存器地址（如果有的话）
5. 从机应答ACK
6. 主设备发送数据字节
7. 从机应答ACK
8. 重复步骤6-7，直到数据发送完毕
9. 主设备发送STOP条件

你想想看，这个流程里最容易出问题的是哪一步？我个人经验是——从机不应答。原因通常是地址错了，或者从机还没准备好。遇到这种情况，先拿示波器抓波形，看SDA线上有没有ACK位拉低。

// 伪代码示例：I2C写操作
uint8_t i2c_write(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint8_t len) {
    i2c_start();                    // 发送START
    i2c_send_byte(dev_addr << 1);  // 发送地址 + 写标志
    if (!i2c_wait_ack()) return ERROR;
    
    i2c_send_byte(reg_addr);        // 发送寄存器地址
    if (!i2c_wait_ack()) return ERROR;
    
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
        i2c_send_byte(data[i]);     // 发送数据
        if (!i2c_wait_ack()) return ERROR;
    }
    
    i2c_stop();                     // 发送STOP
    return OK;
}

3.4 读操作流程

读操作比写操作多一个步骤——需要先告诉从机你要读哪个寄存器，然后再重新发起START来读数据。这叫复合格式（Combined Format）。

1. 主设备发送START条件
2. 主设备发送从机地址 + 写标志（R/W = 0）
3. 从机应答ACK
4. 主设备发送要读取的寄存器地址
5. 从机应答ACK
6. 主设备发送重复START条件（Sr）
7. 主设备发送从机地址 + 读标志（R/W = 1）
8. 从机应答ACK
9. 从机发送数据字节
10. 主设备应答ACK（如果还要继续读）或NACK（最后一个字节）
11. 重复步骤9-10，直到数据接收完毕
12. 主设备发送STOP条件

// 伪代码示例：I2C读操作
uint8_t i2c_read(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *buf, uint8_t len) {
    i2c_start();                    // 发送START
    i2c_send_byte(dev_addr << 1);  // 发送地址 + 写标志
    if (!i2c_wait_ack()) return ERROR;
    
    i2c_send_byte(reg_addr);        // 发送寄存器地址
    if (!i2c_wait_ack()) return ERROR;
    
    i2c_start();                    // 发送重复START
    i2c_send_byte(dev_addr << 1 | 1); // 发送地址 + 读标志
    if (!i2c_wait_ack()) return ERROR;
    
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
        buf[i] = i2c_read_byte();
        if (i == len - 1) {
            i2c_send_nack();        // 最后一个字节回复NACK
        } else {
            i2c_send_ack();         // 非最后一个字节回复ACK
        }
    }
    
    i2c_stop();                     // 发送STOP
    return OK;
}

3.5 7位地址与10位地址对比

3.6 知识结构图

下面这张图把I2C地址和读写流程串起来了，方便你理解整体脉络：

3.7 避坑指南