串口的缺点

串口通过Tx,Rx两根线交叉连接实现两台设备间的双向通信。
缺点：只能实现一对一通信，也就是一个串口只能连接一个串口设备。

我们使用的这个stm32单片机只有3个串口——USART1,USART2,USART3，也就意味着这个单片机只能连接3个串口设备。
如果想要连接更多的设备该怎么办呢？有没有一种通信接口只用一个接口就可以连接多个设备呢？
有！通过I2C总线，我们连接的设备数量几乎不受限制。

I2C总线的电路结构

I2C总线主要有串行时钟线（SCL）和串行数据线(SDA)这两根线组成。
一般情况下，对于I2C总线来说，它只有一个主机，一般使用单片机作为I2C总线的主机，其他被连接的设备作为从机。对于这些设备来说，它们都有两个引脚——SCL和SDA，所有的SCL引脚连在SCL线上，使用的SDA引脚连接在SDA线上，分别给SCL，SDA上加一个上拉电阻，这就组成了I2C的基本电路。
对每个从机来说，它都有7位地址，地址范围从0000000（7个0）~1111111（7个1）。000000——>0(十进制)，1111111——>127(十进制)，共128个地址，扣除一些特殊地址外，约100+个地址，所以I2C可以与100多个设备进行通信。
I2C通信流程：

数据线和时钟线

SCL时钟线，用来传输时钟信号，时钟信号就是如同所示的高低变化的电压，时钟信号的每个周期，数据线上会传输一位数据，所以时钟信号的频率控制了数据传输的快慢。
时钟信号总是由主机（单片机）传输给从机。（单向的）

SDA数据线，用来传输数据信号，数据线传输有效数据，低电压表示0，高电压表示1。
数据信号的通信方向是双向的，可以是主机发给从机，也可以是从机发给主机。（双向的）

逻辑线与的实现

下面我们来解释一下此处设置为开漏输出和上拉电阻的作用。

我们之前学过逻辑与运算，现在我们将其运算原理迁移至硬件电路上。


由于SCL和SDA原理相同，我们此处只分析SCL。我们向所有设备的SCL引脚都写1，在开漏输出模式下，写1两个MOS管都是断开的，IO悬空，I=0,由欧姆定律可知，R=U/I，此时输出一个高阻抗，连接SCL的引脚处于断开状态。相当于SCL这根线悬空了，但是上拉电阻会将悬空的导线拉到一个高电压（提供高压），将电压值拉高。所以，当我们把所有的SCL引脚写1时，最终会输出一个高电压，高电压用1表示。

我们向如图所示的设备的SCL引脚分别写1，1，0，1。写1的设备在开漏模式下呈现出高阻抗特性，连接的SCL引脚从电路上断开，写0的设备引脚输出一个低压，也就是0，相当于接地，所以SCL线就通过写0的那个引脚接地了，此时上拉电阻不起作用。所以，当X1到Xn中，任意一个为0，最终Y的输出结果为0。
通过以上方式我们实现了逻辑线与。

主机如何发送时钟信号

时钟信号是一系列高低变化的电压，只能由主机（单片机）产生发送给从机，是单向的。
那单片机是如何产生这种高低变化的信号的呢？
首先将从机的SCL引脚都设置成1，相当于从电路中断开，向主机的SCL引脚交替写0/1，写0时，在开漏输出模式下，相当于接地，在总线上输出一个低电压。写1时，主机的SCL引脚也从电路中断开，SCL线悬空，由于上拉电阻的存在，输出一个高电压。
通过公式来理解，我们向所有的从机写1，控制主机向SCL上写0/1，写0的时候与运算表达式的值为0，也就是一个低电压；反之，与运算式中都为1，最终运算结果为1，也就是一个高电压。

主机如何发送数据

与上面说的主机发送时钟信号原理类似，我们将所有从机的SDA引脚都设置成1，开漏模式下，相当于从电路中断开。我们控制主机（单片机）交替的写0/1，写0时，开漏模式下，相当于接地，输出一个低电压，写1时，所有的SDA线都从电路中断开，又到上拉电阻发力的时候了，上拉电阻将悬空的SDA线拉至高电压，此时发送的是一个高压，也就是1。
结合公式理解，此处不再赘述。

从机如何发送数据

对于I2C总线来说，数据通信是双向的，主机可以向从机写数据，也可以从从机读数据。
主机的SDA引脚写1断开，除了通信的从机，其他的从机的SDA引脚也写1断开，要发送数据的从机向SDA引脚写0/1。
写0的时候相当于SDA线接地，输出低压。

写1的时候SDA线断开，上拉电阻拉至高电压，所以写1就是输出高电压。