2. I2C 数据帧格式：7位地址模式、10位地址模式、读写位、ACK/NACK机制

I2C 总线上的数据传输以帧为单位，每一帧由起始条件、从机地址、读写控制、数据字节和应答位组成。理解数据帧格式是编写 I2C 驱动的基础，直接决定了寄存器配置中地址寄存器、控制寄存器和数据寄存器的操作方式。

2.1 帧结构基础：起始条件与停止条件

SCL 为高电平时，SDA 上的跳变定义总线的开始与结束：

• 起始条件 (S)：SCL 高电平，SDA 从高切换到低。
• 停止条件 (P)：SCL 高电平，SDA 从低切换到高。

每次传输必须以 S 开始，以 P 结束。中间可以插入重复起始条件 (Sr)，用于改变传输方向而不释放总线。

2.2 7位地址模式数据帧

7 位地址模式是最常用的 I2C 寻址方式，一帧完整的数据传输包含以下字节序列：

// 7位地址模式下，主机向从机 0x48 写入一个字节 0xA5
// 地址左移1位 + W = 0x90
// 发送序列：S + 0x90 + ACK + 0xA5 + ACK + P

2.3 10位地址模式数据帧

当系统中从机数量超过 127 个时，使用 10 位地址模式。该模式将地址分两个字节发送：

2.4 读写位与传输方向控制

R/W 位控制总线的数据流向：

• 主机写 (W = 0)：主机发送数据，从机接收。主机产生 SCL 时钟，并在每个字节后等待从机 ACK。
• 主机读 (R = 1)：主机接收数据，从机发送。主机产生 SCL 时钟，并在每个字节后主动发送 ACK（最后一个字节发 NACK 以通知从机停止）。

组合传输（先写后读）通过重复起始条件实现：

// 典型组合传输：写寄存器地址 + 读数据
// S + 0x90(写) + ACK + REG_ADDR + ACK + Sr + 0x91(读) + ACK + DATA + NACK + P

2.5 ACK/NACK 机制

每个字节传输完成后，接收方在第 9 个 SCL 周期控制 SDA 线：

2.6 数据帧结构总览

下图展示了 7 位地址模式下一次完整写传输的帧结构：

2.7 10位地址模式与7位地址模式对比

2.8 驱动开发中的帧处理要点

• 起始条件检测：轮询模式下等待 SB 标志位，中断模式下在 SB 中断服务程序中处理。
• 地址发送完成：等待 ADDR 标志位，读取 SR1+SR2 寄存器清除标志。
• 数据发送/接收：每字节后检查 TXE/RXNE 标志，轮询或中断触发。
• NACK 处理：收到 NACK 后立即发送停止条件，避免总线死锁。
• 重复起始：在发送 Sr 前设置 START 位，不发送停止条件。