1 はじめに
IIC、すなわちI²C、正式名称Inter-Integrated Circuitは、文字通り集積回路間を意味し、実際にはI²Cバスの略語であるため、中国語では集積回路バスと呼ぶべきであり、マルチマスタースレーブアーキテクチャを使用したシリアル通信バスです。 、1980 年代にフィリップスによって開発され、マザーボード、組み込みシステム、または携帯電話が低速周辺機器に接続できるようにします。
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2. I2Cハードウェア接続
ハードウェア上の I2C の接続方法は次のとおりです. メイン制御チップは 2 つのラインSCL (SCK) クロック ラインとSDA データ ラインに接続されています. 多くの I2C デバイスを 1 つの I2C バスに接続できます. 2 つのライン SDA と SCL は必ず接続されます一般的に使用されるプルアップ抵抗は 4.7K、通常は 4.7k ～ 10k です。
バスがアイドル状態のとき、SCL と SDA は High になります。
IIC バスの速度は、標準モードで 100Kb/s、高速モードで 400Kb/s、高速モードで 3.4Mb/s に達します。
3. I2C信号
I2C プロトコルでのデータ送信の単位はバイト、つまり 8 ビットです。ただし、9 クロックが使用されます。最初の 8 クロックは 8 つのデータの送信に使用され、9 番目のクロックは応答信号の送信に使用されます。送信時には、最上位ビット (MSB) が最初に送信されます。
スタート信号(S): SCL が High レベルのとき、SDA は High レベルから Low レベルにジャンプし、データの送信を開始します。
終了信号（P）： SCL が High レベルのとき、SDA が Low レベルから High レベルに遷移し、データ送信を終了します。
応答信号 (ACK): 8 ビットデータを受信した後、レシーバーは 9 クロック サイクルで SDA をプルダウンします。
SDA 上で送信されるデータは、SCL がハイ レベルの間安定している必要があり、SDA 上のデータは SCL がロー レベルの間のみ変更できます。
I2C プロトコル信号は次のとおりです。
4. IIC 传输数据的格式
4.1写操作
1)主芯片要发出一个 start 信号
2)然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写， 0 表示写， 1 表示读)
3)从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
4)主设备发送一个字节数据给从设备，并等待回应
5)每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
6) 数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
7)下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"
4.2读操作
1)主芯片要发出一个 start 信号
2)然后发出一个设备地址(用来确定是往哪一个芯片写数据)，方向(读/写， 0 表示写， 1 表示读)
3)从设备回应(用来确定这个设备是否存在)，然后就可以传输数据
4)从设备发送一个字节数据给主设备，并等待回应
5)每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（确定数据是否接受完成)，然后再传输下一个数据。
6)数据发送完之后，主芯片就会发送一个停止信号。
下图：白色背景表示"主→从"，灰色背景表示"从→主"
5. 协议细节
5.1如何在 SDA 上实现双向传输？
主芯片通过一根 SDA 线既可以把数据发给从设备，也可以从 SDA 上读取数据，连接 SDA 线的引脚里面必然有两个引脚（发送引脚/接受引脚）。
5.2内部原理
设备的 SDA 中有一个三极管，使用开极/开漏电路(三极管是开极， CMOS管是开漏，作用一样)，如下图：
真值表如下：
从真值表和电路图我们可以知道：
当某一个芯片不想影响 SDA 线时，那就不驱动这个三极管
想让 SDA 输出高电平，双方都不驱动三极管(SDA 通过上拉电阻变为高电平)
想让 SDA 输出低电平，就驱动三极管
5.3为何 SCL 也要使用上拉电阻？
在第 9 个时钟之后，如果有某一方需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把SCL 拉低。
当 SCL 为低电平时候，大家都不应该使用 IIC 总线，只有当 SCL 从低电平变为高电平的时候， IIC 总线才能被使用。
当它就绪后，就可以不再驱动三极管，这是上拉电阻把 SCL 变为高电平，其他设备就可以继续使用 I2C 总线了。
5.4 I2C总线最多可以挂多少个设备
I2C是7位地址,2^7=128,但是地址0x00不用,那就是127个地址，所以理论上可以挂127个从器件。
尽管I2C协议没有规定总线上device最大数目，但是规定了总线电容不能超过400pF。
管脚都是有输入电容的,PCB上也会有寄生电容，所以会有一个限制。
实际设计中经验值大概是不超过8个器件。
规定电容大小的原因:I2C的OD(漏极开路)要求外部有电阻上拉，电阻和总线电容产生了一个RC延时效应，电容越大信号的边沿就越缓,有可能带来信号质量风险。传输速度越快,信号的窗口就越小,上升沿下降沿时间要求更短更陡峭,所以RC乘积必须更小。