引子

集成电路总线（Inter-Integrated Circuit，IIC）是一种常用于单片机的同步串行通信接口规范，常见使用 I²C 的外设有EEPROM、传感器（如MPU9250中的磁力计）、时钟芯片（如DS3231）、低速ADC/ADC。相较于SPI，IIC通常速率更慢且电路更复杂，但所需接线更少。

I²C

I²C一般有两条信号线：SDA（serial data line）和SCL（serial clock line）分别用于传输数据和时钟信号。一般两条数据线都需要外接上拉电阻，同时引脚都工作在开漏模式下。时钟信号通常为100  kbit/s （标准模式）和 400 kbit/s （快速模式），但通常也可以以低于工作频率通信，也就是说可以方便地通过软件实现。

I²C是飞利浦发明的，同时拥有完整的规范，因此相对SPI而言需要配置的选项更少。

同时I²C也支持多从片，通过地址（一般为7位）实现片选。

I²C物理层

I²C的SDA和SCL通常会外接一个上拉电阻，引脚工作在开漏模式，电压不做限制，既可工作在5V也可工作在3.3V，一个总线上可以挂多个地址不同的从机。

I²C传输数据

基本单元

一次I²C传输数据从起始信号开始，首先将传输地址与读写标志位，随后开始传输数据，每个字节的数据传输后都会附加一个应答信号（ACK/NACK），并最终以停止信号结束，其中白色为主机发送，灰色为从机发送，绿色为主机或从机发送。

起始信号与停止信号

I²C传输任何数据都是以住片的START起始信号（SDA下降沿，SCL保持上拉）开始，并以STOP停止信号（SDA上升沿，SCL保持上拉）结束，在总线空闲状态下SDA和SCL都为高电平。

数据传输与应答信号（ACK/NACK）

在传输数据时在SCL下降沿更新数据，在SCL上升沿采集数据，先传高位。此外，在传输完成一字节数据后，接收方一般会发送ACK（1位1）或NACK（1位0）信号。

地址与读写标志

每次传输数据的第一个字节为地址（7位）和读写标志（1位，1为读，0为写），通常地址是器件自身决定并且固定的，为了解决地址冲突，有些器件也能自定义地址。

写数据

写数据时将读写标志置为0，每发送一个字节的数据从机都会返回一个ACK，其中白色为主机发送，灰色为从机发送。

读数据

读数据时将读写标志置为1，每接收一个字节的数据主机都会返回一个ACK并在结束时返回NACK，其中白色为主机发送，灰色为从机发送。

I²C实现

通常单片机会提供I²C硬件外设，但由于I²C硬件外设很容易卡在奇怪的地方，因此大多数时候使用软件I²C。

对于大部分单片机而言，在开漏模式下也能读取引脚状态，因此无需切换为推挽或输入状态。

由于I²C速率一般较低，因此在软件实现时还需要插入延时。以下为参考软件I2C设计。

（待补充）