I2C通讯协议 - 技术栈

📌 基本特性

全称：Inter-Integrated Circuit（集成电路总线）
类型：同步、半双工、多主多从串行总线
信号线：仅2根
- SDA：串行数据线（双向）
- SCL：串行时钟线（主→从）
拓扑：所有设备并联在总线上，需上拉电阻
速度：
- 标准模式：100 kbps
- 快速模式：400 kbps
- 高速模式：3.4 Mbps
- 超快模式：5 Mbps

🔌 硬件连接

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Vdd
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 Rp (上拉电阻，典型4.7kΩ)
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 +---- SDA ---- 所有设备SDA引脚
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 +---- SCL ---- 所有设备SCL引脚
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设备1  设备2  设备3  ...  设备N

⏰ 关键时序规则

1. 数据有效性铁律

SCL为高时，SDA必须稳定；SCL为低时，SDA才可变化

2. 三大控制信号

信号	条件	SDA变化	含义
起始(S)	SCL=高	高→低	开始传输
停止(P)	SCL=高	低→高	结束传输
重复起始(Sr)	SCL=高	高→低	切换方向/新传输

3. 应答机制

每字节（8位）后跟1位应答位（共9时钟）
ACK：接收方将SDA拉低（成功）
NACK：SDA保持高（失败/结束读）

📊 数据传输格式

主设备写数据到从设备

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[S] + [7位地址 + W(0)] + [ACK] + [数据1] + [ACK] + ... + [数据N] + [ACK] + [P]

主设备从从设备读数据（典型）

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[S] + [地址 + W(0)] + [ACK] + [寄存器地址] + [ACK] + 
[Sr] + [地址 + R(1)] + [ACK] + [数据1] + [ACK] + ... + [最后数据] + [NACK] + [P]

🎯 寻址方式

7位地址（最常用）：0x00~0x7F（部分保留）
10位地址：扩展至1024个地址
广播地址：0x00（所有从机响应）

📍 字节传输细节

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复制代码

        MSB先传                   应答位
SDA: __| b7 | b6 | ... | b0 |___ACK/NACK___|
SCL: __/¯¯¯\___/¯¯¯\___.../¯¯¯\___/¯¯¯¯¯¯¯¯\__
       1    2          8    9

✅ 优点

引脚经济：仅需2线
支持多主：仲裁机制防止冲突
软件寻址：无需片选线
广泛支持：大多数MCU和外设都有

❌ 缺点

速度较慢：不适合高速流
距离短：通常<1米
软件复杂：比SPI协议复杂
上拉电阻影响速度：RC时间常数限制

🔧 典型应用场景

传感器：温湿度、加速度计等
小存储器：EEPROM
RTC模块
GPIO扩展芯片
音频/视频芯片配置

🛠️ 调试要点

波形检查顺序：S → 地址 → ACK → 数据 → ACK/NACK → P
常见问题：
- 无ACK：地址错误/设备未就位
- SDA始终高：上拉电阻过大/线路断开
- 波形畸变：总线电容过大/上拉电阻过小
工具：逻辑分析仪（设置I2C解码器）

🧠 速记口诀

两线通信，上拉必备
时钟高稳，数据有效
起始下降，停止上升
地址先行，ACK响应
字节八位，MSB先飞
第九时钟，应答必回

核心总结 ：I2C是用最少的线 实现多设备 中低速通信的优雅方案，掌握其时序铁律和应答机制即可驾驭。