I²C主模式的系统结构如图11-9所示。

I²C与SPI共用MSSP模块。当单片机内部的SSPEN信号为1时，MSSP模块处于工作状态。当主机要用硬件实现I²C协议通信时，SSPM3：SSPM0应为'1000'。此时，串行时钟频率（通过SCL引脚输出，用于决定传输速度）由SSPADD寄存器决定，其计算方法为：F_12C=FOSC/（4（SSPADD+1））

图11-9 I²C主模式的系统结构示意图

例如，当主频为4MHz，SSPADD为0x09时，F_I2C=100kHz，即此时I²C模块波特率为100kbit/s。

在I²C协议中，SDA引脚上的数据来源于SSPBUF寄存器，需要按I²C协议的规定发送起始位、停止位、应答位等信号。为了便于读者理解I²C主模式的系统结构与I²C协议的关系，这里以一幅I²C协议的典型写数据帧格式图（见图11-10）来说明相关信号的作用和用法。图11-11是I²C协议的典型写数据帧格式在PIC单片机硬件I²C上的实现过程时序图。

图11-10 I²C协议的典型写数据帧格式

根据I²C协议，电路先发送起始信号S，由SEN信号置1来实现。当起始信号S发送完毕后，SEN信号被硬件自动清零，并且SSPIF位被硬件自动置位（必须用软件清零）。只有起始信号S发送完毕后，主机才能发送下一信号。

起始信号S后紧跟地址数据和读/写信号，这通过向SSPBUF写入一个字节来实现。此字节的高7位为从机地址（对于7位地址模式而言），最低位是读/写信号，当为0时表示向从机写数据。SSPBUF写入数据后I²C硬件自动启动一次数据写操作。

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图11-11 I²C主模式发送数据时序图（7位地址）

SSPSTAT的R/W（跟信号无关）位自动置1，并把SSPBUF内容写入串行移位寄存器SSPSR。SSPSR在SCL的移位时钟驱动下发送完一个字节并接收应答信号。一次数据发送操作完成后SSPSTAT中的R/W位被硬件自动清零，并且SSPIF位被硬件自动置位（必须用软件清零）。

当一次信号（包括起始信号、停止信号、地址信号和数据信号）发送操作未完成时，用户向SSPBUF写入数据会使写冲突标志位WCOL置位，并且要写入的数据会丢失（不会启动一次写操作）。WCOL必须用软件清零。

I²C协议规定每收发一个字节，接收方必须给出一个应答信号A。当主机发送了一个字节（无论内容如何）后，主机会自动释放SDA线，然后主机发送一个应答时钟脉冲来读取从机的应答信号，读取结果保存在ACKSTAT中。一般情况下，从机若正常响应会把SDA信号拉低（ACKSTAT=0）用于通知主机数据正常。

注意：若主机发送完一个字节后收到的应答标志位ACKSTAT为1，则应及时停止传输（通过发送停止信号P来实现）。

主机在发送了地址数据和读/写信号并收到应答位后，接下来就可以根据读/写信号的约定向从机写数据或读数据了。

若是向从机发送（写入）多个字节的数据，则每个字节的处理过程与发送地址数据和读/写信号一样。不再赘述。

所有字节发送完毕后主机必须发送停止信号P来结束一次I²C通信。这在PIC的硬件I²C模块中通过把PEN信号置位来实现。当停止信号P发送完毕后，PEN信号被硬件自动清零，并且SSPIF位被硬件自动置位（必须用软件清零）。

若希望再次通过I²C硬件发送数据，则必须重新发送起始信号S并严格按照I²C协议的写数据帧格式依次发送相关数据或信号。