一，简单介绍

​ IIC Bus是飞利浦公司推出的，在电子控制领域的通信协议典型的电压准位是3.3v和5v。**IIC 是串行，同步的半双工协议。**IIC的电路简单，连接线少，控制简单，通信速率高。

二，IIC物理层

• IIC总线是一种主从结构（master/slave）的总线协议，一条总线上的每一个设备都可以作为主设备或从设备使用，但是一般一条总线上只有一个主设备,主设备通常是CPU，从设备通常是各种传感器，一般来讲，从设备只能被动的接收主设备的通信请求，也就是说，通信的开始往往是主设备主机发起的。
• IIC具有SCL时钟线和SDA数据线两条线来传输数据。
• IIC寻址：每一个从设备都有自己一个独一无二的7bit地址（其实还有一位读写位组成一字节八位）物理识别，这个地址固化在芯片内部，从datasheet上就可以找到对应的IIC地址。全0是IIC的广播地址。除此之外，IIC还有一种10bit地址的寻址方式。
• 具有三种传输模式，标准模式传输速率100kbit/s，快速模式400kbit/s，高速模式3.4Mbit/s，但是大部分的IIC设备目前不支持高速模式。
• 连接到相同总线的IIC设备的数量收到总线最大电容400pF的限制。

IIC寻址：

# 7bit寻址：每一个从设备都有自己一个独一无二的7bit地址（其实还有一位读写位组成一字节八位）物理识别，这个地址固化在芯片内部，从datasheet上就可以找到对应的IIC地址。全0是IIC的广播地址。除此之外，IIC还有一种10bit地址的寻址方式。

# 10bit寻址：10bit寻址是和7bit寻址相兼容的这样就可以在一条线上兼容使用了，10bit地址传输时，总共占两个字节，前5bit用来选择寻址模式，剩下三位中，两位是地址高位ADDRESS9,和ADDRESS8，最后一位依旧是读写位置，剩下的第二个字节就是剩下的地址，即ADDRESS7~ADDRESS0。

三，IIC通信时序

1.起始位与停止位

​ 首先，一般情况下，IIC的SDA和SCL线是被上拉电阻拉高的，也就是说，默认情况下的SDA线和SCL线是高电平的。

• 起始位s位：SCL时钟线保持高电平，SDA出现一个下降沿。
• 停止位p位：SCL时钟线保持高电平，SDA出现一个上升沿。

2.IIC读写地址位信号

​ 在发出start起始位信号后，第二个时序应该立刻给出从机的目标物理地址（7bit或10bit地址），而站在主设备的角度来讲有读/写从设备两个功能。

• 8bit时，高7位表示从机的地址，最低的一位表示读写方向。
• 0为写操作，1为读操作。

3.IIC应答信号

​ 应答信号分为两种，一种是希望继续进行通信的ACK信号，一种是NACK的结束信号。主机在发送start信号和地址，读写信号后，主机将释放对SDA的限制权，SDA电平被上拉电阻拉高，由接收方（从机）控制。

• ACK应答信号：希望继续通信，SCL低电平时，从机将把SDA改为低电平。
• NACK应答信号：不希望继续通信，SCL低电平时，从机将把SDA保持高电平。

4.IIC数据位收发信号

​ IIC的数据收发时，每个字节必须是8个字节。同时是采用MSB字节序收发的。**高电平是1，低电平是0。**SCL高电平期间，SDA必须保持稳定，高低电平的跳变，必须在SCL低电平期间进行跳变，（因为SCL高电平期间，SDA的变化代表的是信号的起始位和终止位）。数据收发时，每个字节收发结束后必须跟一个ACKX信号或者NACK信号。

所以读取数据位时，应该在SCL为高电平时进行读取，因为这时候SDA线上的电平是保持稳定的。

四，总线速率

I2C 总线是一种同步、半双工、采用电平信号收发的串行总线，其速率支持：

• 标准模式（Standard-mode）:速率高达 100kbit/s。
• 快速模式（Fast-mode）:速率高达 400kbit/s。
• 快速模式+（Fast-mode Plus）:速率高达 1Mbit/s。
• 高速模式（High-speed mode）:速率高达 3.4Mbit/s
• 超快速模式（Ultra Fast-mode）:速率高达 5Mbit/s （单向传输时支持）

五，主机发送数据流程

1. 主机检测到总线是空闲的，发送s信号（即起始位）。开始通信。（r/w=0）
2. 紧接着主机发送目标从机的地址以及读写位。
3. 对应的从机返回ACK信号。（SDA低电平0）
4. 主机发送8bit一字节的数据。
5. 从机接收数据后返还ACK应答信号。
6. 主机收到ACK数据后继续发送下一个数据字节。
7. 主机发送完最后一个字节并收到ACK信号后，发送P停止位信号，结束本次通信并且释放总线。
8. 从机收到P信号后退出通信。

六，主机接收数据流程

1. 主机发送s信号（即起始位）。开始通信。（r/w=1）
2. 紧接着发送要从哪一个从机接收地址，和读写位。
3. 从机返回应答信号后向主机发送数据。
4. 主机收到数据后向从机发送ACK信号。
5. 从机接收到应答信号后继续发送数据。反复循环。
6. 当主机发现接收数据后，向从机发送NACK信号，从机收到非应答信号后停止发送。
7. 主机发送非应答信号后，发送P停止信号，主机和从机停止通信。

七，IIC的时钟延展（clock strectching）

​ 首先，什么是时钟延展呢？一般情况下来说，IIC的时钟是由主机cpu提供的，但是有的时候从设备的速率跟不上主设备的速率。例如，一个从机温湿度传感器的速率比较慢，没采集到温度的时候怎么办呢？总不能发空数据回去给主机吧，这个时候支持时钟延展的设备会“等待”，即从机主动拉低时钟信号，等采样结束后，从机再给主机一个ACK信号告诉主机可以继续通信。