为了参加学院的电信杯，好好学一下 I2C
I2C总线协议入门
I2C总线协议（ 全称：Inter Integrated Circuit，又叫 I^2^C，IIC）是一种连接低速设备的通信协议，是由 Philips 在80年代设计的。它有如下几个优点：
- 只需要两条数据线；
- 没有严格的波特率（baud rate）限制
- 主/从关系简单
- 多主控，但任何时间点只能有一个主控。
缺点也有：
- 传输速度比SPI慢
- 每个数据字节都只能是8位
- 硬件要求比SPI更高
硬件结构
下面这幅图展示了单个主/从机之间的电路连接：
| VCC | 为I2C提供电压，范围为1.2V~5.5V |
| GND | 共地接线 |
| SDA | Serial data 串行数据（I2C 数据线） |
| SCL | Serial clock 串行时钟（I2C 时钟线） |
| Rp | 上拉电阻（大小计算可参考SLVA689） |
| Rs | 串口电阻 |
| Cp | Wire Caoacitance 线间电容 |
| Cc | Cross channel capacitance 路间电容 |
对于多个主/从机，可以这样连接：
下面重点讲一下双向通信的开漏结构（Open-Drain for Bidirectional Communication），这能帮助我们了解为什么同一时间只允许一个主控。请看结构图：
主/从机可以让晶体管的导通（开漏），让SDA/SCL线的电压拉低；当主/从机让晶体管不导通时，上拉电阻会将SDA/SCL线上的电压拉高。也就是说，主/从机只能让SDA/SCL为0，当主/从机不控制时，SDA/SCL为1。因此，永远不会出现一个从机传输0，另一个从机传输1的情况，即同一时间只能有一个设备在传输数据。
这种结构虽然效率较低，但其驱动电流/电压较小，很适合驱动能力差的微处理器和传感器。
I2C操作
I2C可以在主/从机之间的双向通信。为了分辨每个设备，每个设备都有一个独一的地址，这样主机就能通过地址和指定的从机通信。下面是一个大概的流程：
- 假如主机想要给从机发送数据：
- 主机发送起始条件和从机寄存器的地址
- 主机发送数据
- 主机发送终止条件
- 假如主机想要接收读取从机数据：
- 主机发送起始条件和从机寄存器地址
- 主机发送读指令
- 主机从从机接收数据
- 主机发送终止条件
下面我们来详细讲解一下。
起始条件和终止条件
开始条件：当SCL为高电平时，SDA从高电平变为低电平；终止条件：当SCL为高电平时，SDA从低电平变为高电平。
重复起始条件
如果某一个主机想要在一次通信中与不同从机通信，又不想让其他主机切入，那么可以”重复开始条件“，即在与一个从机通信完后，再次产生一个起始条件，与另一个从机通信。这样，数据线就不会”空闲（idle）“，其他主机就无法切入。
数据有效性和数据格式
数据以每8位为一个字节。每个字节可以为设备地址、寄存器地址或读写数据。每个位在SCL脉冲时传输，即当SCL为高电平时，数据能传输，低电平时则改变数据的0/1。结合上面，我们知道如果在SCL时改变了SDA的数据，则会被当作起始/终止条件。所以SDA的数据要在SCL高电平时保持稳定。
应答位（ACK）
每个数据的字节（包括传输地址的字节）后面都会紧接着一个由接收方发送的ACK位，接收方通过ACK位告诉发送方数据是否成功接收。
在接收方发送ACK位前，发送方会释放SDA线，使得接收方可以在SCL高电位时，拉低SDA的电位（即下图的第9周期）。SDA低为ACK（Acknowledge，应答），SDA高为NACK（Not Acknowledge，非应答）
下面这几种情况可能会导致非应答：
- 接收方正在执行某个实时的功能，无法接收或发送数据
- 接收方无法理解发送的数据/命令
- 接收方无法接收更多的数据
- 主机已经完成了从机的数据读取，主机通过发送NACK告诉从机这个。
向从机写数据
首先是发送起始条件，然后发送从机地址（7位），紧接着第八位是R/W（读写位），R/W=1为读，R/W=0为写。
然后还要发送寄存器地址（8位），但有时候从机只有一个寄存器，发送从机地址就够了（就像下图一样）。
然后主机就开始发送数据，直到所有数据都发完后，发送停止条件（或重复起始条件）
从从机读数据
参考资料
SLVA704-Understanding the I2C Bus.pdf
I2C-bus specification and user manual
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