IIC总线概述

lIC 总线 (Inter IC Bus) 由PHILIPS 公司推出，是近年来微电子通信控制领域广泛采用的种新型总线标准，它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少、控制简单、器件封装形式小、通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个 l2C 总线器件同时接到 l2C 总线上，所有与 l2C 兼容的器件都具有标准的接口，通过地址来识别通信对象，使它们可以经由 l2C总线互相直接通信。
l2C 总线由数据线 SDA 和时钟线 SCL 两条线构成通信线路，既可发送数据，也可接收数据。在CPU 与被控 IC 之间、 IC与IC 之间都可进行双向传送，最高传送速率为 400kbps，各种被控器件均并联在总线上，但每个器件都有唯一的地址。在信息传输过程中， l2C 总线上并联的每一个器件既是被控器（或主控器），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数据码两部分：地址码用来选址，即接通需要控制的电路；数据码是通信的内容。

IIC总线硬件结构

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SCL 是时钟信号，从主设备发出。SDA 是数据信号，是一个双向的。总线在空闲状态下均保持高电平，连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件SDA 和 SCL 都是线“与”关系。

IIC信号为什么要加上拉电阻

SCL 和 SDA 信号线均需接上拉电阻，主要原因就是SCL和SDA引脚是开漏输出的，就是只有一个NMOS管，不像推挽输出有两个MOS管。
当芯片的 SDA 和 SCL 引脚输出MOS管导通，IIC信号电平为低电平：
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当芯片的 SDA 和 SCL 引脚输出MOS管关闭，如果没有上拉电阻，IIC信号线处于一个高阻状态，电平是未知的：
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开漏输出是没有高电平的输出能力的，所以加上上拉电阻以后，输出MOS管关闭时，IIC信号线上的电平就是一个确切的高电平：
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当多个IIC设备通过IIC总线连接在一起，这就要求IIC设备间是可以实现线与的。而芯片的IIC引脚是开漏输出的话，就能很好的实现线与。只要有一个IIC设备的引脚是低电平，对应的SCL或SDA总线也会成为低电平。
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IIC上拉电阻阻值

IIC信号的上拉电阻阻值不能太大，SCL和SDA引脚都存在寄生电容
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同时SDA和SCL信号的走线也会存在寄生电容，整个IIC总线相当于接了一个负载电容CL。
上拉电阻过大，IIC总线高电平的驱动能力会比较差。总线电平从0到1变化时，等效为RC充电电路，上拉电阻越大，波形上升越短，在一定程度上会影响IIC的时序，可能会出现误码。
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IIC SDA和SCL信号的上升时间和总线电容在不同模式下有不同的要求：
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IIC信号上升时间可以根据如下公式计算：
IIC总线 - 图9
其中IIC总线 - 图10就是IIC总线的等效负载电容。

IIC信号上拉电阻也不能太小，如果太小了，当IIC引脚输出低电平时，灌进芯片IIC引脚的电流就会变大，可能会使IIC信号线的低电平变大。同时IO口电流过大还会烧毁芯片。我们一般要求IIC引脚在低电平时，流过芯片IIC引脚的电流小于3mA。
电源电压决定上拉电阻的最小值，总线负载电容决定上拉电阻的最大值。IIC信号上拉电阻取值常用的是4.7kΩ，一般小于10kΩ，大于1kΩ。如果IIC总线比较长，从设备比较多，可以适当降低电阻阻值。

IIC总线通信格式

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数据位的有效性规定

I2C 总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
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发送启动信号

在利用 l2C 总线进行一次数据传输时，首先由主机发出启动信号，启动 l2C 总线。SCL 为高电平期间， SDA 出现下降沿则为启动信号。此时，具有 I2C 总线接口的从器件会检测到该信号。
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发送寻址信号

主机发送启动信号后，再发出寻址信号。器件地址有 7 位和 10 位两种。
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寻址信号由一个字节构成，高 7 位为地址位，最低位为方向位，用以表明主机与从器件的数据传送方向。方向位为 0, 表明主机接下来对从器件进行写操作；方向位为 1，表明主机接下来对从器件进行读操作。
主机发送地址时，总线上的每个从机都将这 7 位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据最后一位将自已确定为发送器或接收器。
从机的地址由固定部分和可编程部分组成。

应答信号

I2C 总线协议规定，每传送一个字节数据（含地址及命令字）后，都要有一个应答信号，以确定数据传送是否被对方收到。应答信号由接收设备产生，在 SCL 信号为高电平期间，接收设备将 SDA 拉为低电平，表示数据传输正确，产生应答。
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数据传输

主机发送寻址信号并得到从器件应答后，便可进行数据传输，每次一个字节，但每次传输都应在得到应答信号后再进行下一字节传送。

非应答信号

当主机为接收设备时，主机对最后一个字节不应答，以向发送设备表示数据传送结束。

停止信号

在全部数据传送完毕后，主机发送停止信号，即在 SCL 为高电平期间， SDA 上产生一上升沿信号。
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单片机I2C总线通信

目前市场上很多单片机都已经具有硬件 I2C 总线控制单元，这类单片机在工作时，总线状态由硬件监测，无须用户介入，操作非常方便。但是还有许多单片机并不具有 l2C 总线接口，如 51 单片机，不过我们可以在单片机应用系统中通过软件模拟 I2C 总线的工作时序，在使用时，只需正确调用各个函数就能方便地扩展 I2C 总线接口器件。
为了保证数据传送的可靠性，标准I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、应答或发送“0”、非应答或发送“1”的模拟时序如图所示：
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