I2C( IIC )屬于兩線式串行總線，由飛利浦公司開發用于微控制器(MCU)和外圍設備(從設備)進行通信的一種總線，屬于 一主多從(一個主設備(Master)，多個從設備(Slave))的總線結構 ， 總線上的每個設備都有一個特定的設備地址，以區分同一I2C總線上的其他設備 。

物理I2C接口有兩根雙向線， 串行時鐘線（SCL） 和 串行數據線（SDA） 組成，可用于發送和接收數據，但是通信都是由主設備發起，從設備被動響應，實現數據的傳輸。

I2C主設備與從設備的一般通信過程

一. 主設備給從設備發送/寫入數據：

1. 主設備發送起始（START）信號
2. 主設備發送設備地址到從設備
3. 等待從設備響應(ACK)
4. 主設備發送數據到從設備，一般發送的每個字節數據后會跟著等待接收來自從設備的響應(ACK)
5. 數據發送完畢，主設備發送停止(STOP)信號終止傳輸

二. 主設備從從設備接收/讀取數據

1. 設備發送起始（START）信號
2. 主設備發送設備地址到從設備
3. 等待從設備響應(ACK)
4. 主設備接收來自從設備的數據，一般接收的每個字節數據后會跟著向從設備發送一個響應(ACK)
5. 一般接收到最后一個數據后會發送一個無效響應(NACK)，然后主設備發送停止(STOP)信號終止傳輸

注：具體通信過程需視具體時序圖而定

I2C通信的實現

一. 使用I2C控制器實現

就是使用芯片上的I2C外設，也就是硬件I2C，它有相應的I2C驅動電路，有專用的IIC引腳，效率更高，寫代碼會相對簡單， 只要調用I2C的控制函數即可 ， 不需要用代碼去控制SCL、SDA的各種高低電平變化來實現I2C協議 ，只需要將I2C協議中的可變部分（如：從設備地址、傳輸數據等等）通過函數傳參給控制器，控制器自動按照I2C協議實現傳輸，但是如果出現問題，就只能通過示波器看波形找問題。

二. 使用GPIO通過軟件模擬實現

軟件模擬I2C比較重要 ， 因為軟件模擬的整個流程比較清晰 ， 哪里出來bug ， 很快能找到問題 ， 模擬一遍會對I2C通信協議更加熟悉 。

如果芯片上沒有IIC控制器，或者控制接口不夠用了，通過使用任意IO口去模擬實現 IIC通信協議 ，手動寫代碼去控制IO口的電平變化，模擬IIC協議的時序，實現IIC的信號和數據傳輸， 下面會講到根據通信協議如何用軟件去模擬 。

I2C通信協議

IIC總線協議無非就是幾樣東西： 起始信號 、 停止信號 、 應答信號 、以及 數據有效性 。

一. 空閑狀態

時鐘線（SCL）和數據線（SDA）接上拉電阻 ， 默認高電平 ， 表示總線是空閑狀態 。

二. 從設備地址

從設備地址用來區分總線上不同的從設備，一般發送從設備地址的時候會在最低位加上讀/寫信號，比如設備地址為0x50，0表示讀，1表示寫，則讀數據就會發送0x50，寫數據就會發送0x51。

三. 起始(START)信號

I2C通信的起始信號由主設備發起，SCL保持高電平，SDA由高電平跳變到低電平。

// 起始信號
void IIC_start(void)
{
    // 1.首先把數據線設置為輸出模式
    // 總線空閑, SCL和SDA輸出高
    SCL = 1;  
    SDA = 1;
    delay_us(5);
    
    // SDA由高變低
    SDA = 0;
    delay_us(5);
    
    // 拉低SCL開始傳輸數據
    SCL = 0;
}

四. 停止(STOP)信號

I2C通信的停止信號由主設備終止，SCL保持高電平，SDA由低電平跳變到高電平。

// 停止信號
void IIC_stop(void)
{
    // 1.首先把數據線設置為輸出模式
    
    // 拉高時鐘線
    SDA = 0;
    delay_us(5);
    SCL = 1;
    delay_us(5);
    
    // SDA由低變高
    SDA = 1;
}

五. 數據有效性

I2C總線進行數據傳送時，在SCL的每個時鐘脈沖期間傳輸一個數據位， 時鐘信號SCL為高電平期間，數據線SDA上的數據必須保持穩定 ，只有在時鐘線SCL上的信號為低電平期間，數據線SDA上的高電平或低電平狀態才允許變化，因為當SCL是高電平時，數據線SDA的變化被規定為 控制命令 （START或 STOP ，也就是前面的起始信號和 停止信號 ）。

六. 應答信號(ACK：有效應答，NACK：無效應答)

接收端收到有效數據后向對方響應的信號，發送端每發送一個字節(8位)數據，在第9個時鐘周期釋放數據線去接收對方的應答。

當SDA是低電平為有效應答(ACK)，表示對方 接收成功 ；

當SDA是高電平為無效應答(NACK)，表示對方 沒有接收成功 。

發送數據需要等待接收方的應答：

// 等待ACK   1-無效    0-有效
u8 IIC_wait_ack(void)
{
    u8 ack = 0;
    
    // 數據線設置為輸入
    
    // 拉高時鐘線
    SCL = 1;
    delay_us(5);
    // 獲取數據線的電平
    if(SDA)
    {   // 無效應答
        ack = 1;
        IIC_stop();
    }
    else
    {   // 有效應答
        ack = 0;
        // 拉低SCL開始傳輸數據
        SCL = 0;
        delay_us(5);
    }
    
    return ack;
}

接收數據需要向發送方發送應答：

void IIC_ack(u8 ack)
{
    // 數據線設置為輸出
    
    SCL = 0;
    delay_us(5);
    
    if(ack)
        SDA = 1; // 無效應答
    else
        SDA = 0; // 有效應答      
    delay_us(5);
    SCL = 1;
    // 保持數據穩定
    delay_us(5);
    // 拉低SCL開始傳輸數據
    SCL = 0;
}