一、IIC 基础概念
物理层： 1.一个I2C总线中可连接多个I2C通信设备，支持多个主机及多个从机。
2.两线制：一条双向串行通信的数据线（SDA），一条串行时钟线（SCL）数据线用来表示数据，时钟线用来同步数据收发。
3.每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机利用这个地址对设备进行访问。
4.总线通过上拉电阻接到电源（2~15V）。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
为什么要有上拉电阻？（在大多数情况下，由于I2C接口采用Open Drain（开漏）机制，器件本身只能输出低电平，无法主动输出高电平，只能通过外部上拉电阻RP将信号线拉至高电平。因此I2C总线上的上拉电阻是必须的，）
5.多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
6.具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。
7.连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。
8.半双工方向同步通信。
协议层： 1.I2C的基本读写过程
（1）起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播 的从机地址信号(SLAVE_ADDRESS)。 在 I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一的， 当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据 I2C 协议，这个从机地址可以是 7 位或 10 位。
（2）在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为 0 时，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为 1 时，则相反，即主机由从机读数据。从机接收传输方向选择位后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。
（3）写数据：若配置的方向传输位为“ 写数据”方向，即图23-2的情况。 广播完地址，接收到应答信号后， 主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为 8 位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号§，表示不再传输数据。
（4）读数据：若配置的方向传输位为“ 读数据”方向，即图23-3的情况。 广播完地址，接收到应答信号后， 从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为 8 位，从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回 N 个数据，这个 N 也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输。
（5）读和写数据：除了基本的读写， I2C 通讯更常用的是复合格式，即图23-4的情况。该传输过程有两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与 SLAVE_ADDRESS 的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。
2.通信的起始和停止信号
当SCL线是高电平时，SDA从高电平向低电平切换，表示通信的起始。当SCL是高电平时，SDA线由低电平向高电平切换，表示通信的停止。起始和停止信号一般由主机产生。
3.数据有效性
SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。
4.地址及数据方向
I2C总线上每个设备都有自己的地址，主机发起通信时，通过SDA信号线发送设备地址来查找从机。I2C协议规定设备地址可以是7位或者10位，实际中7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位，第8位或者第11位，该位为“0”时表示主机向从机写数据，该位为“1”时表示主机由从设备读数据。读数据方向时，主机会释放对SDA信号线的控制，由从机控制SDA信号线，主机接收信号；写数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号。
5.响应
响应包括“应答（ACK）”和“非应答（NACK）”两种信号。作为数据接收端时，当设备（无论主从机）接收到I2C传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答（ACK）”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答（NACK）”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号（NACK），低电平表示应答信号（ACK）。
IIC 基础概念 IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。IIC总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
1、 IIC总线的特点 IIC总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此IIC总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。IIC总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。
2、IIC总线工作原理
a – 总线构成 IIC总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，IIC总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。
CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分：
地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；
控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。
这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
b – 信号类型
IIC总线在传送数据过程中共有四种类型信号：1、开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据；
2、结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据；
3、数据传输信号：在开始条件以后，时钟信号SCL的高电平周期期问，当数据线稳定时，数据线SDA的状态表示数据有效，即数据可以被读走，开始进行读操作。在时钟信号SCL的低电平周期期间，数据线上数据才允许改变。每位数据需要一个时钟脉冲。
4、应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。 目 前有很多半导体集成电路上都集成了IIC接口。带有IIC接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供IIC接口。
3、总线基本操作 IIC规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
a – 控制字节 在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。
b – 写操作 写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序。
c – 读操作 读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。
d – 总线仲裁 主机只能在总线空闲的时候启动传输。两个或多个主机可能在起始条件的最小持续内产生一个起始条件，结果在总线上产生一个规定的起始条件。 当SCL线是高电平时，仲裁在SDA线发生：这样，在其他主机发送低电平时，发送高电平的主机将断开它的数据输出级，因为总线上的电平和它自己的电平不同。 仲裁可以持续多位。从地址位开始，同一个器件的话接着就是数据位（如果主机-发送器），或者比较相应位（如果主机-接收器）。IIC总线的地址和数据信息由赢得仲裁的主机决定，在这个过程中不会丢失信息。
仲裁不能在下面情况之间进行：
1）重复起始条件和数据位； 2）停止条件和数据位； 3）重复起始条件和停止条件。
4、特性总结 IIC肯定是2线的(不算地线)IIC协议确实很科学,比3/4线的SPI要好,当然线多通讯速率相对就快了
IIC的原则是
a – 在SCL=1(高电平)时,SDA千万别忽悠!!!否则,SDA下跳则"判罚"为"起始信号S",SDA上跳则"判罚"为"停止信号P".
b – 在SCL=0(低电平)时,SDA随便忽悠!!!(可别忽悠过火到SCL跳高)
c – 每个字节后应该由对方回送一个应答信号ACK做为对方在线的标志.非应答信号一般在所有字节的最后一个字节后.一般要由双方协议签定.
d – SCL必须由主机发送,否则天下大乱
e – 首字节是"片选信号",即7位从机地址加1位方向(读写)控制.从机收到(听到)自己的地址才能发送应答信号(必须应答!!!)表示自己在线.其他地址的从机不允许忽悠!!!(当然群呼可以忽悠但只能听不许说话)
f – 读写是站在主机的立场上定义的."读"是主机接收从机数据,"写"是主机发送数据给从机.
g-- 重复位主要用于主机从发送模式到接收模式的转换"信号",由于只有2线,所以收发转换肯定要比SPI复杂,因为SPI可用不同的边沿来收发数据,而IIC不行.
h – 在硬件IIC模块,特别是MCU/ARM/DSP等每个阶段都会得到一个准确的状态码,根据这个状态码可以很容易知道现在在什么状态和什么出错信息.
i – 7位IIC总线可以挂接127个不同地址的IIC设备,0号"设备"作为群呼地址.10位IIC总线可以挂接更多的10位IIC设备.
