4. I2C读写操作：主机写从机、主机读从机、复合格式

I2C 通信说白了就三种模式：主机写、主机读、以及复合传输。很多初学者觉得 I2C 协议复杂，其实拆开看，每个操作都是固定的「套路」。我刚开始调 I2C 时也绕了不少弯路，今天把这三种模式掰开揉碎了讲清楚。

4.1 主机写从机：最基础的操作

主机写从机，就是主机主动往从机里塞数据。流程很简单：

1. 主机发送起始信号（S）
2. 主机发送从机地址 + 写位（0）
3. 等待从机应答（ACK）
4. 主机发送寄存器地址（如果是写寄存器）
5. 等待从机应答
6. 主机发送数据字节，每发一个等一次应答
7. 全部发完后，主机发送停止信号（P）

嗯，这里要注意：从机地址是 7 位，加上读写位正好凑成 1 个字节。比如地址 0x3C，左移一位变成 0x78，写操作就是 0x78，读操作就是 0x79。

我在项目中遇到过一个问题：写数据时从机一直不回 ACK。查了半天发现是从机地址搞错了——7 位地址和 8 位地址混用，这种坑特别容易踩。

代码示例：主机写从机（寄存器模式）

// 往从机地址 0x3C 的寄存器 0x10 写入 0xAB
uint8_t slave_addr = 0x3C << 1;  // 左移一位，写操作
uint8_t reg_addr = 0x10;
uint8_t data = 0xAB;

I2C_Start();                    // 起始信号
I2C_SendByte(slave_addr | 0);   // 地址 + 写位
I2C_WaitAck();                  // 等待应答
I2C_SendByte(reg_addr);         // 寄存器地址
I2C_WaitAck();
I2C_SendByte(data);             // 数据
I2C_WaitAck();
I2C_Stop();                     // 停止信号

4.2 主机读从机：方向反转

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，然后再切换方向去读数据。这就是所谓的「复合格式」的雏形。

流程是这样的：

1. 起始信号 → 从机地址 + 写位 → 发送寄存器地址 → 停止信号
2. 重新起始信号 → 从机地址 + 读位 → 读取数据 → 主机发送 NACK → 停止信号

为什么要有「重新起始信号」？因为 I2C 协议规定，方向切换必须重新发送起始信号。你不能在同一个传输里突然从写变成读，必须「断开重连」。

代码示例：主机读从机

// 从从机地址 0x3C 的寄存器 0x10 读取 1 个字节
uint8_t slave_addr = 0x3C << 1;
uint8_t reg_addr = 0x10;
uint8_t received_data;

I2C_Start();
I2C_SendByte(slave_addr | 0);   // 写方向
I2C_WaitAck();
I2C_SendByte(reg_addr);         // 告诉从机要读哪个寄存器
I2C_WaitAck();

I2C_Start();                    // 重新起始信号（重点！）
I2C_SendByte(slave_addr | 1);   // 读方向
I2C_WaitAck();
received_data = I2C_ReadByte(); // 读取数据
I2C_SendNack();                 // 主机发送非应答
I2C_Stop();

4.3 复合格式：组合传输

复合格式，说白了就是一次传输里包含多个读写操作，中间用重新起始信号连接，不释放总线。这种模式在需要连续读写多个寄存器时特别有用。

举个例子：你要从传感器读取 10 个字节的数据。如果每个字节都发一次起始+停止，效率极低。复合格式可以一次搞定：

1. 起始 → 地址+写 → 发送起始寄存器地址 → 重新起始 → 地址+读 → 连续读 10 个字节 → 最后一个发 NACK → 停止

你看，中间没有停止信号，总线一直被主机占用。这样传输效率高，而且时序更紧凑。

复合格式的典型应用场景

4.4 三种操作的波形对比

你想想看，用逻辑分析仪抓波形时，这三种操作的区别一目了然。我画了一张图帮你理解：

4.5 实战中的注意事项

调 I2C 这么多年，我总结了几条铁律：

• 应答检查不能省：每次发送地址或数据后，必须检查从机是否回了 ACK。如果从机没应答，说明地址错了、从机忙或者硬件有问题。我曾经因为没检查应答，调了整整两天才发现是从机地址搞错了。
• 时序要严格：I2C 对时序要求不高，但也不能太离谱。SCL 频率别超过 400kHz（快速模式），否则某些从机跟不上。
• 读操作最后一个字节要发 NACK：这是告诉从机「别再发了，我要停了」。如果发了 ACK，从机会继续发数据，导致总线混乱。
• 复合格式注意方向切换：重新起始信号后，地址的读写位必须正确切换。写→读要发 Sr+地址+R，读→写要发 Sr+地址+W。

4.6 三种操作的对比总结