一、物理层：

1、I2C通讯设备之间的常用连接方式：

2、特点：
(1) 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中， 可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

(2) 一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ， 一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

(3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址， 主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

(4) 总线通过上拉电阻接到电源。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。

(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。

二、协议层

1、I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

2、SCL–控制线—时钟线：
SDA线—双向的数据线：
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

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。
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。
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。

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

SCL\SDA是2C总线的信SDA是双向数据线SCL是时钟线SCL在2C总线上传送数据首先送最高位由主机发出启动信SDA在SCL高电平期间由高电平跳变为低电平然后由主机发送个字节的数据数据传送完毕由主机发出停止信号，SDA在SCL高电平期间由低电平跳变为高电平。

所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。
为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端时必须是漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出。设备上的串行数据线SDA接口电路应该是双向的，输出电路用于向总线上发送数据，输入电路用于接收总线上的数据。
而串行时钟线也应是双向的，作为控制总线数据传送的主机，一方面要通过SCL输出电路发送时钟信号，另一方面还要检测总线上的SCL电平，以决定什么时候发送下一个时钟脉冲电平。

3、通讯过程：



上图表示的是主机和从机通讯时，SDA线的数据包序列。

其中S表示由主机的I2C接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到I2C总线上的所有从机都会接收到这个信号。

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。

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。

从机接收到匹配的地址后，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。

三、数据传输协议

主设备和从设备进行数据传输时遵循以下协议格式。数据通过一条SDA数据线在主设备和从设备之间传输0和1的串行数据。串行数据序列的结构可以分为，开始条件，地址位，读写位，应答位，数据位，停止条件。如下图：

1、开始条件

当主设备决定开始通讯时，需要发送开始信号，需要执行以下动作；

先将SDA线从高压电平切换到低压电平；
然后将SCL从高电平切换到低电平；

在主设备发送开始条件信号之后，所有从机即使处于睡眠模式也将变为活动状态，并等待接收地址位。

2、地址位

通常地址位占7位数据，主设备如果需要向从机发送/接收数据，首先要发送对应从机的地址，然后会匹配总线上挂载的从机的地址；

I2C还支持10位寻址；

3、读写位

该位指定数据传输的方向；

如果主设备需要将数据发送到从设备，则该位设置为 0；
如果主设备需要往从设备接收数据，则将其设置为 1 。

4、ACK / NACK

主机每次发送完数据之后会等待从设备的应答信号ACK；

在第9个时钟信号，如果从设备发送应答信号ACK，则SDA会被拉低；
若没有应答信号NACK，则SDA会输出为高电平，这过程会引起主设备发生重启或者停止；

5、数据块

传输的数据总共有8位，由发送方设置，它需要将数据位传输到接收方。

发送之后会紧跟一个ACK / NACK位，如果接收器成功接收到数据，则设置为0。否则，它保持逻辑“ 1”。

重复发送，直到数据完全传输为止。

6、停止条件

当主设备决定结束通讯时，需要发送开始信号，需要执行以下动作；

先将SDA线从低电压电平切换到高电压电平；
再将SCL线从高电平拉到低电平；

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