1.什么是I2C？
1.1 I2C的由来
在电视机内部电路中，众多功能需要用到许多集成电路IC来实现，包括主控器件微控制器和众多外围设备器件。这些器件相互之间要传递数据信息，那么就需要用导线相互连接，如此众多IC器件的互连，势必导致芯片引脚、PCB走线以及连接导线变得数量庞大，错综复杂，这会导致IC芯片体积增大、功耗增大、成本增加，给IC芯片设计制造厂商带来不利影响，同时也给IC芯片应用厂商和应用工程师们造成极大不便。
1982年，从事电灯泡、电剃刀、电唱机、收音机、电视机等研发制造已久的荷兰飞利浦公司，为解决电视机的上述问题，从而发明了一种集成电路互连通信电路，该电路的优点就是仅用两条线就可以实现芯片之间的互连通信，使硬件电路最简化，硬件效益最大化，给芯片设计制造者和芯片应用者带来极大益处。
飞利浦公司给这种集成电路互连通信电路命名为Inter-Integrated Circuit，简称为Inter-IC，或I2C（数字“2”为上标）。
1.2 I2C的读法
在“Inter-Integrated Circuit” 中，“Inter-” 表示“在……之间，相互”的意思；“Integrated Circuit” 简称“IC”，表示“集成电路”的意思。 “Inter-Integrated Circuit”，直接翻译过来就是内部集成电路（DeepL翻译为互联电路，微软翻译为内部集成电路，百度翻译为内置集成电路）。
在中国正式的书面场合，全称写作Inter-Integrated Circuit，简写Inter-IC或者（英文读作“I squared C”，中文读作“I平方C”）。
2.I2C的特点
- 两线制总线：I2C仅使用两条线——串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）进行通信，有效降低了连接复杂性。
- 多主多从设备支持：I2C支持多个主设备和多个从设备连接到同一总线上。每个设备都有唯一的地址。
- 可变的时钟速率：I2C总线支持不同的速率模式，如标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）和高速模式（3.4Mbps）。
- 同步通信：I2C是一种同步通信协议，数据传输由时钟信号（SCL）来控制。
- 简单的连接：I2C通信对硬件的要求比较低，很容易在微控制器和外围设备间实现连接。
- 地址分配：每个I2C设备都通过一个7位或10位的地址来识别，这使得总线上可以连接多个设备。
- 阻塞传输：I2C支持阻塞传输机制，即主设备可以在传输过程中控制总线，防止其他设备发送数据。
- 应用广泛：由于其简单和灵活性，I2C被广泛应用于各种电子产品中，如传感器、LCD显示器、EEPROM等。
- 总线仲裁和冲突检测：在多主模式下，I2C能够处理多个主设备同时尝试控制总线的情况。
- 低功耗：I2C总线的设计使其成为低功耗的通信方式，适用于电池供电的设备。
3.I2C的物理层
I2C一共只有两根总线：一条是双向的串行数据线SDA，一条是串行时钟线SCL
- SDA（Serial data）是数据线，D代表Data也就是数据，Send Data也就是用来传输数据的
- SCL (Serial clock line)是时钟线，C代表Clock也就是时钟，也就是控制数据发送的时序的
所有连接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。I2C总线上的每个设备都自己一个唯一的地址，来确保不同设备之间访问的准确性。
4.I2C的协议层
I2C总线在传递数据的过程中共有三种类型的信号，它们分别是：开始信号，结束信号，应答信号。
- 开始信号：SCL为高电平，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据
- 结束信号：SCL为高电平，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据
- 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据之后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已经收到数据。CPU向受控单元发出一个信号之后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。
5.I2C总线的应用场景
I2C总线的应用场景主要包括传感器数据采集、显示屏控制、存储器访问、时钟芯片通信等。
- 传感器数据采集：I2C协议常用于从各种传感器中读取数据，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。这些传感器通过I2C总线与主控制器通信，实现数据的实时采集和传输。
- 显示屏控制：I2C协议可以用于控制OLED、LCD等显示屏，显示各种信息。通过I2C总线，主控制器可以与显示屏进行通信，实现显示内容的更新和控制。
- 存储器访问：I2C协议可以用于访问EEPROM、FRAM等非易失性存储器，实现数据的存储和读取。这种通信方式使得存储器能够与主控制器进行数据交换，满足数据存储和读取的需求。
- 时钟芯片通信：I2C协议常用于与实时时钟芯片(RTC)通信，获取当前时间和日期。通过I2C总线，主控制器可以与时钟芯片进行通信，实现时间的读取和设置。
I2C总线的应用场景广泛，主要得益于其简单、双向二线制同步串行总线的特性，使得设备之间的连接和通信变得简单高效。无论是传感器、显示屏、存储器还是时钟芯片，都可以通过I2C总线与主控制器进行通信，实现数据的传输和控制。
