本文很大程度参考了：IIC详解，包括原理、过程，最后一步步教你实现IIC_iic协议_shaguahaha的博客-CSDN博客，感谢原作者的分享！（https://blog.csdn.net/shaguahaha/article/details/70766665）

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简介

IIC又称为$\mathrm{I^2C}$

1. IIC有两根数据线：数据线SDA、时钟线SCL

2. IIC上可以挂多个主设备、多个从设备

   

   iic_desc

3. 多主机会产生总线裁决问题。当多个主机同时想占用总线时，企图启动总线传输数据，就叫做总线竞争。I2C通过总线仲裁，以决定让哪台主机控制总线

4. IIC总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出低电平，都将使总线的信号变低

5. 每个接到IIC总线上的器件都有唯一的地址

6. 从下图可以看到，任一器件可以拉低SDA或SCL

iic_construct

数据传送

数据位的有效性规定

IIC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；只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

iic_con

起始与终止信号

SCL为高电平期间：

• 起始信号：SCL为高电平期间，SDA从高到低
• 终止信号：SCL为高电平期间，SDA从低到高

也就是说，正常传送数据期间，当SCL处于高电平时，SDA不能变化；

但是是在传输起始、终止时，当SCL处于高电平时，允许SDA变化，并且SDA的变化指示着数据传输的起始与终止。

IIC起始信号与终止信号

起始信号和终止信号都是由主机发送的。在起始信号产生之后，总线就处于被占用的状态，在终止信号产生之后，总线就处于空闲状态。

数据传送格式

字节的传送与应答

每当发送端（可能是从机，也可能是主机）传输完一个字节的数据之后，发送端会等待一段时间来接收端的应答信号。接收端通过拉低SDA数据线，给发送端发送一个应答信号，以提醒发送端：“我这边已经接受完成，数据可以继续传输！”。接下来，发送端就可以继续发送数据了。

传输的起始与终止信号由主机发出！

每个字节的应答信号由这个字节的接收端（可能是主机，也可能是从机）发出！

每一个字节必须保证是8位长度；数据传送时，先传送最高位(MSB)，每一个被传送的字节后面都必须跟一位应答位（即一帧共有9位）。

下图以主机发出起始信号后，传给从机的第一个字节（寻址字节）的过程做例子：

iic_byte

有一些特殊情况，接收端可以不做应答（做“非应答”）：

由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时(如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据)，它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送

如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的"非应答"通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送

当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号：这个信号是由对从机的"非应答"来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号

总线寻址

主机在起始信号之后，紧接着就向总线上发送8位（1字节）数据，用于寻址。这8位数据是在起始信号之后发送的第一个字节，这个字节后面的字节都是数据，不再是寻址，除非又重新来一个起始信号。

寻址字节的位定义如下：

iic_find_byte

D7~D1组成从机地址；D0是数据传送方向位，为0代表主机向从机写数据，为1代表主机由从机读数据。

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，若相同，则认为自己正在被主机寻址，根据$\mathrm{R/\overline{W}}$位将自己确定为发送器或接收器。

数据传送

若$\mathrm{R/\overline{W}}$位为0，即主机向从机写数据，在从机向主机应答后，主机就开始发送数据。

注意：主机向从机发送最后一个字节时，从机可以选择应答，也可以不应答。

iic_host_to_slave

若$\mathrm{R/\overline{W}}$位为1，即主机由从机读数据，即从机向主机发数据的话，从机向主机应答后，接下来就会主动向主机发数据。

注意：从机向主机发送最后一个字节时，主机必须不应答！（只有这样，才能让从机释放掉SDA线，接下来主机才能发出终止信号）

iic_slave_to_host

若要在传输过程中改变数据传送的方向，起始信号和从机地址都被重复一次产生一次，但两次读/写方向位正好相反。

iic_change