一、I2C基础概念

I2C具体包括以下几部分内容
1、I2C协议
包括2条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。
SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。
支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。
总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0.
系统中可能有多个同种芯片，为此addr分为固定部分和可编程部份，细节视芯片而定，看datasheet。

2、I2C位传输
数据传输：
SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit；
若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束（后面讲）
数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit

3、I2C开始和结束信号
开始信号：SCL=1时，SDA由1->0，开始传送数据。
结束信号：SCL=1时，SDA由0->1，结束传送数据。

4、I2C应答信号
Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。
即在第9个clock，若从IC发ACK，SDA=0。
若没有ACK，SDA=1，这会引起Master发生RESTART或STOP流程

二、I2C读写寄存器标准流程

1、I2C写流程
写寄存器的标准流程为：

1. Master发起START
2. Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK
3. Slave发送ACK
4. Master发送reg addr（8bit），等待ACK
5. Slave发送ACK
6. Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK
7. Slave发送ACK
8. 第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器
9. Master发起STOP

时序图（波形图）：
START | SLA+W | ACK | REG_ADDR | ACK | DATA | ACK | STOP

2、I2C读流程
读寄存器的标准流程为：

两阶段操作：
第一阶段（设置读指针）：
1.Master发起START // 先以写模式访问
2. Master发送I2C addr（7bit）和w（写）操作0（1bit），等待ACK // 发送要读取的寄存器地址
3. Slave发送ACK
4. Master发送reg addr（8bit），等待ACK
5. Slave发送ACK

第二阶段（读取数据）：
6. Master发起START // 重新起始，切换为读模式
7. Master发送I2C addr（7bit）和r（读）操作1（1bit），等待ACK
8. Slave发送ACK
9. Slave发送data（8bit），即寄存器里的值
10. Master发送ACK(或NACK) //NACK表示只读到当前的字节, ACK表示继续读取后面的字节
11. 第7步和第8步可以重复多次，即顺序读多个寄存器

时序图（波形图）：
START | SLA+W | ACK | REG_ADDR | ACK | Sr | SLA+R | ACK | DATA | NACK | STOP

三、i2c波形–写数据波形解读（图片来自网上）：

1.由主机发起，在SCL为高电平时，SDA由高到低切变，形成开始信号；
2. 接着是7位地址和一位读写标志，这里7位地址为0111100，即0x3c，正是我们代码中设置的地址ID；最后一位为0表示写操作；
3. 接着在下一个时钟，主机以高电平状态释放SDA，这时从机响应，将SDA拉低了；
4. 接着是两个8位数据00101110与响应，即0x2E，正是“.”号的ASCII码，符合预期输出；
5. 还有其它数据和最后的停止位，图中被截掉了。

从图中可知，纵向一格是200mV，则SDA和SCL的电平大概就是350mV；由于信号笔上设置了信号x10，因此实际电平应该大概是3.5V（理论上应该是3.3V）。横向一格是25us，10个时钟周期大概用了4格，即4x25us=100us，平均每个时钟周期是10us，可算出传输频率为1/10us=100,000/s，即100k bps。

四、i2c波形–读写数据波形解读（图片来自网上）：

五、关键注意事项

时钟同步：SCL由主设备产生，从设备可拉低SCL实现时钟同步

应答机制：

每个字节传输后必须有ACK/NACK
ACK：SDA在第9个时钟周期为低
NACK：SDA在第9个时钟周期为高
重复起始条件：在不释放总线的情况下改变传输方向

总线速度：
标准模式：100 kbps
快速模式：400 kbps
高速模式：3.4 Mbps

上拉电阻：SDA和SCL都需要上拉电阻（通常1-10kΩ）

六、常见错误处理

无应答：
检查设备地址是否正确
检查设备是否上电
检查总线连接

时钟延展：
从设备拉低SCL时，主设备需等待
实现超时机制防止死锁

总线冲突：
多主设备时可能发生
I2C协议支持冲突检测和仲裁

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