I2C（Inter-Integrated Circuit，集成電路總線）是一種同步、串行、半雙工通信總線，由Philips（現(xiàn)NXP）在1982年推出，廣泛應用于傳感器、EEPROM、RTC（實時時鐘）、LCD控制器等低速外設的通信。

1. I2C總線基本特性

2. I2C硬件連接

I2C總線僅需兩根線（SDA、SCL），所有設備并聯(lián)在總線上，通過上拉電阻（通常4.7kΩ）確?？臻e時高電平。

• SCL（Serial Clock）：主設備提供時鐘信號。

• SDA（Serial Data）：雙向數(shù)據(jù)線，主從設備均可驅(qū)動（開漏輸出）。

關鍵點：

• 所有設備SDA、SCL并聯(lián)，通過地址區(qū)分。

• 開漏輸出：設備只能拉低電平，釋放后由上拉電阻拉高。

• 上拉電阻：典型值3.3V系統(tǒng)用2.2kΩ~4.7kΩ，5V系統(tǒng)用4.7kΩ~10kΩ。

3. I2C協(xié)議詳解

（1）數(shù)據(jù)幀結構

I2C通信以字節(jié)（8bit）為單位，每個字節(jié)后跟一個ACK/NACK應答位。

1. 起始條件（START）：SCL高電平時，SDA由高→低。

2. 設備地址（7位/10位） + 讀寫位（R/W）：

   • 7位地址：高7位為地址，第8位為讀寫標志（0=寫，1=讀）。

   • 10位地址：特殊格式擴展（詳見協(xié)議手冊）。

3. 應答（ACK）：接收方在第9個時鐘周期拉低SDA表示應答。

4. 數(shù)據(jù)傳輸：每8bit數(shù)據(jù)后跟一個ACK/NACK。

5. 停止條件（STOP）：SCL高電平時，SDA由低→高。

（2）關鍵信號時序

4. I2C通信模式

（1）主設備寫數(shù)據(jù)（Master Write）

[START] + [設備地址(0)] + [ACK] + [數(shù)據(jù)1] + [ACK] + ... + [數(shù)據(jù)N] + [ACK/NACK] + [STOP]

示例：向地址0x50的EEPROM寫入數(shù)據(jù)0xAA。

1. 主設備發(fā)送：0xA0（0x50<<1 | 0）。

2. EEPROM回復ACK。

3. 主設備發(fā)送數(shù)據(jù)0xAA。

4. EEPROM回復ACK。

5. 主設備發(fā)送STOP。

（2）主設備讀數(shù)據(jù)（Master Read）

[START] + [設備地址(1)] + [ACK] + [數(shù)據(jù)1] + [ACK] + ... + [數(shù)據(jù)N] + [NACK] + [STOP]

示例：從地址0x50的EEPROM讀取1字節(jié)。

1. 主設備發(fā)送：0xA1（0x50<<1 | 1）。

2. EEPROM回復ACK并返回數(shù)據(jù)。

3. 主設備發(fā)送NACK（表示讀取結束）。

4. 主設備發(fā)送STOP。

（3）復合操作（Write + Read）

[START] + [設備地址(0)] + [ACK] + [寄存器地址] + [ACK] + [重復START] + [設備地址(1)] + [ACK] + [數(shù)據(jù)] + [NACK] + [STOP]

典型應用：讀取傳感器寄存器（如先寫寄存器地址，再讀數(shù)據(jù)）。

5. I2C常見問題與調(diào)試

（1）通信失敗原因

• 地址錯誤：設備地址未左移1位（如0x50→0xA0）。

• 上拉電阻不合適：導致信號上升沿過慢（可嘗試減小電阻值）。

• 總線沖突：多主設備未正確仲裁。

• SCL/SDA短路：檢查硬件連接。