I2C

I2C (Inter-Integrated Circuit)

I2C（读作 I-squared-C）是一种同步、多主从架构的串行通信总线，由飞利浦（现 NXP）在 1980 年代设计，主要用于连接低速外设。

协议概述

• 物理层：仅需两根信号线。
  • SDA (Serial Data)：串行数据线。
  • SCL (Serial Clock)：串行时钟线。
• 架构：多主从（Multi-Master, Multi-Slave），但最常见的是单主多从。
• 地址：每个从设备都有唯一的 7 位或 10 位地址。
• 速率：
  • 标准模式 (Standard-mode): 100 kbps
  • 快速模式 (Fast-mode): 400 kbps
  • 高速模式 (High-speed mode): 3.4 Mbps

通信模式：寻址与应答

I2C 采用地址寻址机制，主机通过发送设备地址来选择通信对象。

sequenceDiagram
    participant Master as 主机 (MCU)
    participant Slave1 as 从机 1 (传感器)
    participant Slave2 as 从机 2 (EEPROM)

    Note over Master: 发起通信
    Master->>Slave1: Start + Address(Slave1) + Write
    Slave1-->>Master: ACK (应答)
    Master->>Slave1: 发送寄存器地址
    Slave1-->>Master: ACK
    Master->>Slave1: 发送数据
    Slave1-->>Master: ACK
    Master->>Slave1: Stop

特点：

• 硬件简单：只需要两根线，且支持多设备挂载（总线电容允许范围内）。
• 开漏输出：SDA 和 SCL 都是开漏结构，必须接上拉电阻。
• 应答机制：每发送一个字节（8位），接收方必须回复一个 ACK 位（第9位）。

优缺点

优点	缺点
引脚少：仅需 2 根线，节省 MCU 引脚。	速度慢：相比 SPI，通信速率较低。
多设备：通过软件地址区分设备，无需片选线。	半双工：同一时间只能收或发。
流控：支持时钟拉伸 (Clock Stretching) 进行流控。	硬件复杂：协议相对复杂，软件模拟较难。

典型应用

• 传感器（温度、湿度、加速度计）
• EEPROM 存储器
• RTC 实时时钟
• 显示屏（OLED, LCD）