I²C协议简介

I²C（Inter-Integrated Circuit） 是一种由 Philips 提出的 双线串行通信总线 ，广泛用于 MCU 与各种传感器、存储器、外设之间的短距离通信。它具有硬件简单、扩展性好、协议轻量等优点，因此是嵌入式领域最常见的通信方式之一。

相比SPI协议，它本身的定义相对复杂一点，可以支持多主多从的半双工通信，但是优点是它仅占用2个单片机引脚就可以实现多从机的通信。

引脚定义

SCL ：时钟线，由主机生成
SDL ：数据线，主从共享

SCL 与 SDA 都是 开漏（Open-Drain）结构 ，需要使用上拉电阻。

因此总线空闲时两条线都是 高电平。

通信时序

主机SDL下降沿产生START信号，从机从机接收到开始监听，SCL拉低并且以实现约好的5种速率模式其一，产生脉冲时钟信号，SCL为高时，SDL保持稳定不变，SCL为低时可变化准备采样，SCL上升沿对SDL进行采样，连续采样8个完成一个字节数据的传输，紧接着SDL交给从机拉低SDA发送ACK，ACK后主机即可发送下一个字节。

START信号后的第一个字节都是"寻址（Address + R/W）字节"，由7位的地址码和一位读写位组成，所有从机收到该寻址字节后，对比自身地址，由地址匹配的从机进行ACK。

EEPROM（ 24C02）读写时序

EEPROM 的写时序一般分为三步：
START → 寻址 → 内部地址 → 数据 → STOP

具体流程如下：

复制代码

START
→ [0xA0] W   (ACK)
→ [0x10] addr(ACK)
→ [0x11] (ACK)
→ [0x22] (ACK)
→ [0x33] (ACK)
→ [0x44] (ACK)
→ [0x55] (ACK)
STOP

以上是主机对地址0xA0的EEPROM的地址0x10写入5个字节的流程

复制代码

START
→ [0xA0] W (ACK)
→ [0x10] 内部地址 (ACK)
REPEATED START
→ [0xA1] R (ACK)
← [0x11] (主机 ACK)
← [0x22] (ACK)
← [0x33] (ACK)
← [0x44] (ACK)
← [0x55] (主机 NACK)
STOP

以上是主机从地址0xA0的EEPROM的地址0x10读取5个字节的流程

这里要注意2点：

1、一次 START → STOP 的事务内不能同时完成写和读 （至少对于 EEPROM 这类 I²C 设备来说）

因为EEPROM 只有在 STOP 之后才会执行真实的写入操作，如果在写完 5 字节之后立即切换读模式而不发送 STOP，内部写周期还没完成，数据尚未写入 Flash。

2、读取数据时必须重新写一次地址，修改EPROM 的内部地址指针位置，因为写入 5 个字节时，内部地址指针会指向最后写入字节的下一地址，直接读取的话会读到刚才写入的的最后一个字节的后面的内存数据