3. I2C地址与寻址：7位地址与10位地址模式、广播地址、保留地址
I2C总线上设备那么多，主控怎么找到它想对话的那个？
答案就是地址。每个从设备都有一个唯一的地址。主设备在发起通信时，先发地址，告诉总线上的所有设备：“我要找的是谁”。
地址不对，数据就传不到正确的设备上。我见过不少新手，焊好板子发现I2C不通，查了半天，最后发现是设备地址搞错了。这种问题，示波器一抓就能看到，但提前搞清楚地址机制，能省很多排查时间。
3.1 7位地址模式
这是I2C最常用的地址模式。说白了，地址就是7个bit，范围从0x00到0x7F。
主设备发送地址时，实际上会发送8个bit：高7位是地址，最低位是读写标志位（0表示写，1表示读）。
关键点：7位地址模式下，总线上最多可以挂 2^7 = 128 个设备。但实际可用地址远少于这个数，因为有一部分地址被保留了。
举个例子。你买一个I2C温度传感器，数据手册上写“设备地址为0x48”。那主设备要读它时，发送的字节就是 0x48 << 1 | 1 = 0x91。写操作则是 0x48 << 1 | 0 = 0x90。
我习惯在代码里这样定义：
#define TEMP_SENSOR_ADDR 0x48
#define TEMP_SENSOR_WRITE (TEMP_SENSOR_ADDR << 1)
#define TEMP_SENSOR_READ ((TEMP_SENSOR_ADDR << 1) | 0x01)这样写，代码可读性高，也不容易算错。
3.2 10位地址模式
7位地址最多128个设备，去掉保留地址，实际能用的也就一百来个。对于复杂的系统，比如服务器主板、基站设备，这就不够用了。
所以I2C规范定义了10位地址模式。地址范围扩展到0x000到0x3FF，最多支持1024个设备。
10位地址的发送过程有点绕。主设备需要发两个字节：
- 第一个字节：高5位固定为11110，接着是10位地址的高2位，最后1位是读写标志。
- 第二个字节：10位地址的低8位。
举个例子，地址0x2C4（二进制10 1100 0100）：
- 高2位：10
- 低8位：1100 0100
- 第一个字节：1111 0 10 R/W = 0xF4（写）或0xF5（读）
- 第二个字节：1100 0100 = 0xC4
我的经验：实际项目中，10位地址用得并不多。大部分消费级、工业级传感器和外围芯片都用7位地址。我只有在做FPGA和某些高端ADC驱动时，才遇到过10位地址的设备。如果你刚开始学I2C，先把7位地址吃透，10位地址了解原理就够了。
3.3 广播地址
广播地址是0x00。主设备发送地址0x00时，总线上的所有从设备都应该响应。
广播一般用于主设备发送“通用命令”，比如“所有设备复位”、“所有设备进入低功耗模式”。
注意：不是所有从设备都支持广播地址。有些设备会忽略0x00地址。设计系统时，不要依赖广播功能，除非你确认所有从设备都支持。
我曾经在一个项目中，想用广播地址同时复位多个传感器。结果发现其中一个传感器根本不响应广播，导致系统状态不一致。从那以后，我都是逐个设备单独发复位命令，虽然多花点时间，但可靠得多。
3.4 保留地址
I2C规范保留了一些特殊地址，用于特定功能。这些地址不能被分配给普通设备。
| 地址（7位） | 用途 | 说明 |
|---|---|---|
| 0x00 | 广播地址 | 所有从设备都应响应 |
| 0x01 | 起始字节 | 用于慢速设备检测起始条件 |
| 0x02 | CBUS地址 | 保留给CBUS兼容设备 |
| 0x03 | 保留 | 未来扩展用 |
| 0x04 - 0x07 | 高速模式主设备码 | 用于高速模式（Hs-mode） |
| 0x78 - 0x7B | 10位地址前缀 | 用于10位地址模式 |
| 0x7C - 0x7F | 保留 | 未来扩展用 |
你看，0x78到0x7B这4个地址，就是10位地址模式用的。所以即使你的设备是7位地址，也不能用这些地址，否则会和10位地址设备冲突。
避坑指南：选型时，一定要确认设备地址不在保留范围内。我见过有人选了地址0x78的传感器，结果怎么都通信不上。查了三天，最后发现是地址冲突。嗯，这种低级错误，犯一次就记住了。
3.5 地址冲突与解决
实际项目中，多个设备可能使用相同地址。比如两个型号一样的温度传感器，地址都是0x48。怎么办？
常见解决办法：
- 地址引脚：很多I2C芯片有ADDR引脚，通过拉高或拉低来改变地址。比如一个传感器，ADDR接GND时地址0x48，接VCC时地址0x49。
- I2C多路复用器：用PCA9548这类芯片，把I2C总线分成多路，每路挂一个同地址设备。
- 片选使能：有些设备有EN引脚，通过GPIO控制，同一时间只让一个设备响应。
我个人比较喜欢用地址引脚的方式，简单可靠，不增加额外芯片。但要注意，有些芯片的地址引脚是内部上拉的，外部拉低时需要强下拉，否则地址可能不稳定。
3.6 地址寻址流程图
下面这张图，把主设备发起通信时的地址寻址流程画清楚了。
流程其实不复杂。主设备发起始条件，然后发地址。从设备如果匹配，就回ACK。主设备收到ACK后，开始传数据。如果没收到ACK，主设备就发停止条件，结束通信。
嗯，这里要注意：如果总线上没有设备响应这个地址，SDA会一直保持高电平（因为上拉电阻）。主设备检测到NACK后，应该及时停止，不要一直重试，否则会浪费总线带宽。
3.7 实际调试中的地址问题
调试I2C设备时，地址问题是最常见的坑之一。我总结了几条经验：
- 先确认地址：拿到新芯片，第一件事就是看数据手册的地址章节。注意7位地址和8位地址的写法差异。有些手册写的是7位地址，有些写的是8位地址（左移后的值）。
- 用逻辑分析仪抓：不要靠猜。把SDA和SCL接到逻辑分析仪上，看主设备实际发送的地址字节。一眼就能看出地址对不对。
- 注意地址引脚电平：如果芯片有ADDR引脚，用万用表量一下实际电平。我遇到过ADDR引脚虚焊，导致地址和预期不一样的情况。
小技巧：Linux下可以用i2cdetect命令扫描总线上的设备。它会尝试所有地址，看哪些设备有响应。比如 i2cdetect -y 1 会扫描I2C总线1上的所有设备。这个命令在调试时非常有用。
地址寻址是I2C通信的基础。搞懂了7位地址、10位地址、广播地址和保留地址，你就能理解主设备是怎么找到从设备的。下次遇到I2C通信问题，先查地址，往往能快速定位问题。