1. IIC基本概念和基本時序
1.1 I2C串行總線概述
I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。
1、I2C總線具有兩根雙向信號線，一根是數據線SDA，另一根是時鍾線SCL
2、IIC總線上可以掛很多設備：多個主設備，多個從設備（外圍 設備）。上圖中主設備是兩個單片機，剩下的都是從設備。
3、多主機會產生總線裁決問題。當多個主機同時想占用總線時，企圖啟動總線傳輸數據，就叫做總線競爭。I2C通過總線仲裁，以決定哪台主機控制總線。
4、I2C總線通過上拉電阻接正電源，上拉電阻一般在4.7k~10k之間。當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。
5、每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機與其它器件間的數據傳輸可以是由主機發送數據到其它器件，這時主機即為發送器，總線上收數據的器件則為接收器。
1.2 I2C總線的數據傳送
1.2.1 I2C總線數據位的有效性規定
I2C總線進行數據傳送時，時鍾信號為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩定，只有在時鍾線上的信號為低電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態才允許變化。
1.2.2 起始與終止信號
SCL為高電平期間
SDA : 由高到低，起始信號
SDA：由低到高，終止信號
起始信號和終止信號都是由主機發送的。在起始信號產生之后，總線就處於被占用的狀態，在終止信號產生之后，總線就處於空閑狀態。
連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號。接收器件收到一個完整的數據字節后，有可能需要完成一些其它工作，如處理內部中斷服務等，可能無法立刻接收下一個字節，這時接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機處於等待狀態。直到接收器件准備好接收下一個字節時，再釋放SCL線使之為高電平，從而使數據傳送可以繼續進行。
1.2.3 數據傳送格式
（1）字節傳送與應答
每一個字節必須保證是8位長度。數據傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。
由於某種原因從機不對主機尋址信號應答時（如從機正在進行實時性的處理工作而無法接收總線上的數據），它必須將數據線置於高電平，而由主機產生一個終止信號以結束總線的數據傳送。
如果從機對主機進行了應答，但在數據傳送一段時間后無法繼續接收更多的數據時，從機可以通過對無法接收的第一個數據字節的“非應答”通知主機，主機則應發出終止信號以結束數據的繼續傳送。
當主機接收數據時，它收到最后一個數據字節后，必須向從機發出一個結束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答”來實現的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產生終止信號。
（2）數據幀格式
I2C總線上傳送的數據信號是廣義的，既包括地址信號，又包括真正的數據信號。
在起始信號后必須傳送一個從機的地址（7位），第8位是數據的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機發送數據（T），“1”表示主機接收數據（R）。每次數據傳送總是由主機產生的終止信號結束。但是，若主機希望繼續占用總線進行新的數據傳送，則可以不產生終止信號，馬上再次發出起始信號對另一從機進行尋址。
在總線的一次數據傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：
a、主機向從機發送數據，數據傳送方向在整個傳送過程中不變：
注：有陰影部分表示數據由主機向從機傳送，無陰影部分則表示數據由從機向主機傳送。
A表示應答， A非表示非應答（高電平）。S表示起始信號，P表示終止信號。
b、主機在第一個字節后，立即從從機讀數據。
主機給從機發送第一個字節（總線尋址那個字節），若是讀命令，則從機接收到該命令之后，主動往主機發送數據。
c、在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被重復產生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。
9、每當發送器傳輸完一個字節的數據之后，發送端會等待一定的時間，等接收方的應答信號。接收端通過拉低SDA數據線，給發送端發送一個應答信號，以提醒發送端我這邊已經接受完成，數據可以繼續傳輸，接下來，發送端就可以繼續發送數據了。
1.2.4 總線尋址
主機向從機發送8位數據，這8位數據是在起始信號之后發送的第一個字節，后面的字節都是數據，不再是尋址，除非又重新來一個起始信號。
I2C總線協議有明確的規定：采用7位的尋址字節（尋址字節是起始信號后的第一個字節）。
（1） 尋址字節的位定義
D7～D1位組成從機的地址。D0位是數據傳送方向位，為“0”時表示主機向從機寫數據，為“1”時表示主機由從機讀數據。
主機發送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址進行比較，如果相同，則認為自己正被主機尋址，根據R/T位將自己確定為發送器或接收器。
從機的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個系統中可能希望接入多個相同的從機，從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數目。如一個從機的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時僅能尋址8個同樣的器件，即可以有8個同樣的器件接入到該I2C總線系統中。
1.3 總線數據傳送的模擬
主機可以采用不帶I2C總線接口的單片機，如80C51、AT89C2051等單片機，利用軟件實現I2C總線的數據傳送，即軟件與硬件結合的信號模擬。
1.3.1典型信號模擬
為了保證數據傳送的可靠性，標准的I2C總線的數據傳送有嚴格的時序要求。I2C總線的起始信號、終止信號、發送“0”及發送“1”的模擬時序：
1.3.2典型信號模擬子程序
起始信號
VoidT2CStart(void)
{ SDA = 1;
SomeNop( );
SCL = 1;
SomeNop( );
SDA = 0;
SomeNop( );
}
終止信號
voidI2cStop(void)
{
SDA = 0;
SomeNop( );
SCL = 1;
SomeNop( );
SDA = 1;
SomeNop( );
}
1.4 I2C總線器件的擴展
1.4.1擴展電路
1.4.2串行E2PROM的擴展
ATMEL公司的AT24C系列：
AT24C01：128字節（128×8位）；
AT24C02：256字節（256×8位）；
AT24C04：512字節（512×8位）AT24C08：1K字節（1K×8位）；
AT24C16：2K字節（2K×8位）；
1.4.3 E2PROM寫入過程
AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電平后得到確定的3位編碼。形成的7位編碼即為該器件的地址碼。
單片機進行寫操作時，首先發送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（共8位，即一個字節），發送完后釋放SDA線並在SCL線上產生第9個時鍾信號。被選中的存儲器器件在確認是自己的地址后，在SDA線上產生一個應答信號作為相應，單片機收到應答后就可以傳送數據了。
傳送數據時，單片機首先發送一個字節的被寫入器件的存儲區的首地址，收到存儲器器件的應答后，單片機就逐個發送各數據字節，但每發送一個字節后都要等待應答。
AT24C系列器件片內地址在接收到每一個數據字節地址后自動加1，在芯片的“一次裝載字節數”（不同芯片字節數不同）限度內，只需輸入首地址。裝載字節數超過芯片的“一次裝載字節數”時，數據地址將“上卷”，前面的數據將被覆蓋。
當要寫入的數據傳送完后，單片機應發出終止信號以結束寫入操作。寫入n個字節的數據格式
3）讀出過程
單片機先發送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（“偽寫”），發送完后釋放SDA線並在SCL線上產生第9個時鍾信號。被選中的存儲器器件在確認是自己的地址后，在SDA線上產生一個應答信號作為回應。
然后，再發一個字節的要讀出器件的存儲區的首地址，收到應答后，單片機要重復一次起始信號並發出器件地址和讀方向位（“1”），收到器件應答后就可以讀出數據字節，每讀出一個字節，單片機都要回復應答信號。當最后一個字節數據讀完后，單片機應返回以“非應答”（高電平），並發出終止信號以結束讀出操作。
E2PROM從機地址的確定：第0位是讀寫位。（如對於24C02這塊存儲器，它若作為從機，那么它的地址中7~4位是固定的，更改不了，第3~1位是可以更改的，每一位根據硬件的管教連接來確定，連接高電平那就是1，低電平就是0）
注：主機做的都是編程控制，從機做的都是自主控制，也可以說是硬件控制，如主機給應答信號是編程控制，但是從機給應答信號是硬件控制，我們只需要檢查在SDA為高期間，SCL保持低電平一些時間，即可判定從機給了主機應答信號。