一、IIC的特点

I2C（Inter IC Bus）又成为（爱方C I2C）是由Philips公司开发的一种通用数据总线

两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

同步，半双工

带数据应答

支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

二、外设硬件

STM32内部集成了硬件I2C收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、数据收发等功能，减轻CPU的负担

支持多主机模型

支持7位/10位地址模式

支持不同的通讯速度，标准速度(高达100 kHz)，快速(高达400 kHz)

支持DMA

兼容SMBus协议

STM32F103C8T6 硬件I2C资源：I2C1、I2C2

上图设备都能够支持IIC通信的设备。在通信过程当中，每个设备都有一个相应的地址，比如说第一个MPU6050，地址一般是1101 000，第三个AT24C02的地址一般是101 0000，不同型号的设备的地址都不一样，相同型号的设备可以在拓展口接入1条线来防止地址冲突。例：MPU6050AD0引脚接高电平就是1101 001.

三、硬件电路

所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式

SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

首先看上图左侧，IIC主要有两个线组成，SDA和SCL这两根线。SDA是数据线，SCL是时钟线，他们的都是由主机CPU控制，主机CPU具有对SCL(时钟线)的完全控制，而从机只有短暂的控制SDA(数据线)的能力，只有在从机发送数据的时候才能够控制SDA，而且需要主机主动发送接收邀请，从机接收到邀请并且应答，然后主机接收到应答才转交SDA控制权给从机。

由于为了避免电路短路以及引脚电平频繁转换的原因，规定了设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式 (开漏输出模式当引脚输出高电平的状态为高阻态，输出低电平的时候才是低电平)。上拉电阻的引入让这两条线一直处于弱上拉的状态，只允许设备下拉。

由于只能够下拉，当某一个设备下拉了某条线，这整条线都处于低电平的状态，除非全部设备对这根线都是高阻态(上拉)这条线才是高电平。这样的特性让IIC能够实现多主机时钟同步和总线总裁。

四、时序

起始与结束

起始条件：SCL处于高电平，在此期间SDA从高电平切换到低电平，随后主机将SCL电平。平拉低从机接收到这个信号就开始复位准备接收数据 。

终止条件：主机将SCL放开，SCL回到高电平，在SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

接收发送与应答

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

无论是主机发送还是主机接收，SDA只有在SCL低电平期间才能够改变，这为了在SCL高电平期间读取到的数据稳定可靠。

发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

主机接收前都会释放SDA，当从机拉低了SDA也就是0的时候代表从机应答了，从机并没有拉低SDA，还是1那就表示未应答。

总结

只需两根线：

        SDA（Serial Data Line）： 串行数据线，用于传输数据。

        SCL（Serial Clock Line）： 串行时钟线，由主设备产生，用于同步数据。

主从模式：

        主设备（Master）： 负责发起和终止传输、产生时钟信号。通常由微处理器（如单片机）担任。

        从设备（Slave）： 响应主设备的命令。每个从设备都有一个唯一的设备地址（7位或10位），主设备通过该地址来选择与哪个从机通信。一个总线上可以挂载多个从设备（由地址空间和总线电容限制）。

多主从支持： 总线可以支持多个主设备（多主模式），通过仲裁机制防止数据冲突。

一次典型的 I2C 通信流程如下：

起始条件（START）：

        主设备在 SCL 为高电平时，将 SDA 线从高电平拉低。这个下降沿表示一次传输的开始。

发送从机地址：

        主设备发送一个7位或10位的从设备地址，后面紧跟一个读写位（R/W#）。

        读写位为 0 表示主设备要向从设备写入（Write） 数据。

        读写位为 1 表示主设备要向从设备读取（Read） 数据。

        这8位数据（7位地址+1位读写）在 SCL 高电平时必须保持稳定。

应答信号（ACK/NACK）：

        每传输完一个字节（8位）的数据（包括地址字节），接收方（无论是主还是从）必须在第9个时钟脉冲期间发送一个应答（ACK）信号。

        ACK： 接收方将 SDA 线拉低，表示成功收到字节。

        NACK： 接收方保持 SDA 线为高，通常表示传输结束或接收失败。

数据传输：

        写操作： 主设备继续向 SDA 线上发送数据字节，从设备每个字节后回应 ACK。

读操作： 从设备向 SDA 线上发送数据字节，主设备每个字节后回应 ACK（如果需要继续读）或 NACK（表示读取结束）。

停止条件（STOP）：

        主设备在 SCL 为高电平时，将 SDA 线从低电平拉高。这个上升沿表示本次传输的结束，总线恢复空闲状态。