I2C (Inter-Integrated Circuit) 集成电路总线

I2C 是一种用于 MCU 和外围设备进行通信的总线，属于一个主设备，多个从设备的总线结构，总线上的每个设备都有一个特定的设备地址，用来区分同一 I2C 总线上的设备。

I2C 接口由两根双向线组成，分别是串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA），可用于发送和接收数据，但是通信都是由主设备发起，从设备被动响应。实现数据的传输。

I2C 主从设备通信过程

1. 主设备发送起始（START）信号

2. 主设备发送设备地址到从设备

3. 等待从设备响应（ACK）

4. 主设备发送数据到从设备，一般发送的每个字节数据后会跟着等待接收来自从设备的响应（ACK）

5. 数据发送完毕，住设备发送停止（STOP）信号终止传输

I2C 主设备接收/读取从设备数据

1. 从设备发送起始（START）信号

2. 主设备发送设备地址到从设备

3. 等待从设备响应（ACK）

4. 主设备接受来自从设备的数据，每个字节数据后都会向从设备发送一个 ACK 响应

5. 接收到最后一个数据后会发送一个无效响应（NACK），然后主设备发送停止（STOP）信号终止传输

I2C 状态

1. 空闲状态： 时钟线（SCL）和数据线（SDA）接上拉电阻，默认高电平，表示总线是空闲状态。

2. 从设备地址： 从设备地址用来区分总线上不同的从设备，一般发送从设备地址的时候会在最低位加上读/写信号，比如设备地址为 0x50，0 表示读，1 表示写，则读数据就会发送 0x50，写数据就会发送 0x51。

3. 起始(START)信号： I2C 通信的起始信号由主设备发起，SCL 保持高电平，SDA 由高电平跳变到低电平。

void IIC_Start() {
  // 高电平
  SDA = 1;
  delay_us(5);
  SCL = 1;
  delay_us(5);

  // SDA由高电平跳到低电平
  SDA = 0;
}

4. 停止(STOP)信号： I2C 通信的停止信号由主设备终止，SCL 保持高电平，SDA 由低电平跳变到高电平。

void IIC_Stop() {
  // 低电平
  SDA = 0;
  delay_us(5);
  SCL = 1;
  delay_us(5);

  // SDA由低电平跳到高电平
  SDA = 1;
}

5. 数据有效性：I2C 总线进行数据传送时，在 SCL 的每个时钟脉冲期间传输一个数据位，时钟信号 SCL 为高电平期间，数据线 SDA 上的数据必须保持稳定，只有在时钟线 SCL 上的信号为低电平期间，数据线 SDA 上的高电平或低电平状态才允许变化，因为当 SCL 是高电平时，数据线 SDA 的变化被规定为控制命令（START 或 STOP，也就是前面的起始信号和停止信号）。

6. 应答信号(ACK：有效应答，NACK：无效应答)： 接收端收到有效数据后向对方响应的信号，发送端每发送一个字节(8 位)数据，在第 9 个时钟周期释放数据线去接收对方的应答。

当 SDA 是低电平为有效应答(ACK)，表示对方接收成功；

当 SDA 是高电平为无效应答(NACK)，表示对方没有接收成功。

// 发送数据需要等待接受方应答

// 等待ACK   1-无效    0-有效
uint_8 IIC_wait_ack(void)
{
    uint_8 ack = 0;

    // 拉高时钟线
    SCL = 1;
    delay_us(5);
    // 获取数据线的电平
    if(SDA)
    {   // 无效应答
        ack = 1;
        IIC_stop();
    }
    else
    {   // 有效应答
        ack = 0;
        // 拉低SCL开始传输数据
        SCL = 0;
        delay_us(5);
    }

    return ack;
}

// 接收数据需要向发送方发送应答

void IIC_ack(uint_8 ack)
{
    SCL = 0;
    delay_us(5);

    if(ack)
        SDA = 1; // 无效应答
    else
        SDA = 0; // 有效应答
    delay_us(5);
    SCL = 1;
    // 保持数据稳定
    delay_us(5);
    // 拉低SCL开始传输数据
    SCL = 0;
}

参考

1. IIC 通信协议，搞懂这篇就够了