如圖 I²C接口主狀態機
　　無論是主模式，還是從模式，狀態機都是相同的。在每個狀態，模式都會被檢測，以決定輸出和下一個狀態。如果仲裁失敗或 I²C控制器被確定為從模式，控制器會自動由主模式切換到從模式。

　　此狀態機用到一個位計數器和兩個移位寄存器，位計數器對從總線上接收到的位進行計數，其中一個移位寄存器用來存儲I²C的HEADER；另一個用來存儲接收到的數據或待發送的數據。

　　當檢測到START信號時，狀態機進入HEADER狀態。在HEADER狀態，如果是主模式，MBDR寄存器中的HEADER被發送。當所有8位數據發送完畢時，狀態機轉入ACK HEADER。

　　在ACK_HEADER狀態，如果CoolRunner-II I²C控制器工作在主模式，將會采樣SDA，以確認從設備是否有應答。如果沒有應答，狀態轉入STOP；如果有應答，LSB=1時進入RCV_DATA， LSB=0時進入XMIT_DATA。

　　I²C Header移位寄存器與MADR進行比較，如果匹配，則CoolRunner-II I²C為被尋址的從設備。模式立刻切換到從模式，狀態寄存器MBSR中MAAS位被置位，SDA線將會按照TXAK中的設置應答當前主設備。
在RCV_DAT狀態，SDA數據被入I²C移位寄存器，以供uC讀取。當所有數據位被接收到，狀態機轉入ACK_DATA,TXAK被輸出到SDA。

　　在XMIT_DATA狀態,MBDR寄存器中數據被送到SDA.當發送整的字節后,狀態轉入WAIT_ACK.如果檢測到ACK,則狀態再次進入XMIT_DATA,直到產生STOP條件或沒有收到ACK條件.必須注意提,在數據傳輸過程中uC速率必須跟上I²C控制器收發數據的速率.如果中斷使能,則當一個字節的數據發送或接由結束時就會產生一個中斷,MCF位將會被置位.在ACK狀態,數據在uC和控制器之間轉輸。在此過程中，I²C控制器不會等待uC操作。

　　如果Coo1Runner-ⅡI²C工作在主模式，在STOP狀態告知SCL/START/STOP發生器產生一個STOP條件，最后狀態進入IDLE。