IIC通讯协议(Inter－Integrated Circuit，也常被写作I2C)是由 Philips 公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。IIC总线是一种共享的串行总线，是用于两个设备之间的短距离低速低数据量的数据通信，一般就用在PCB板卡上的设备之间，当然在芯片内部，做SOC设计时也可以把这种协议用在片上功能模块之间。
IIC 通讯协议和通信接口在很多工程中有广泛的应用，如数据采集领域的串行 AD，图像处理领域的摄像头配置，工业控制领域的 X 射线管配置等等。除此之外，由于 I2C 协议占用引脚特别少，硬件实现简单，可扩展型强，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路 (IC)间的通讯。
IIC分类：
硬件IIC：一块硬件电路，硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的，硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置。
软件IIC：软件IIC：软件IIC通信指的是用单片机的两个I/O端口模拟出来的IIC，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形，软件模拟寄存器的工作方式。
1.硬件I2C的效率要远高于软件的，而软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活。
2.IIC是半双工通信方式
IIC只有两根信号线，一根是双向的数据通信线SDA，一根是有效使能和时钟双功能线SCL，所有接到IIC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。IIC总线上允许连接多个主设备和多个从设备，一般情况下，主设备是单片机或者FPGA，其他都是从设备。
特点：
1）它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 IIC 通讯总线中，可连接多个 IIC 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
2） 一个 IIC 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步，是一种简单、双向、二线制、同步串行总线。
3）每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
4）总线通过上拉电阻接到电源。当 IIC 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
5）多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
6）IIC数据有三种传输速率，分别是标准模式（100 kbps）、快速模式（400 kbps）和高速模式（3.4 Mbps），另外一些变种实现了低速模式（10 kbps）和快速+模式（1 Mbps）。
主机和从机的概念：
主机就是负责整个系统的任务协调与分配，从机一般是通过接收主机的指令从而完成某些特定的任务，主机和从机之间通过总线连接，进行数据通讯。发布主要命令的称为主机，接受命令的称为从机。
IIC的高阻态:
漏极开路（Open Drain）即高阻状态，适用于输入/输出，其可独立输入/输出低电平和高阻状态，若需要产生高电平，则需使用外部上拉电阻。
高阻状态：高阻状态是三态门电路的一种状态。逻辑门的输出除有高、低电平两种状态外，还有第三种状态——高阻状态的门电路。电路分析时高阻态可做开路理解。
我们知道IIC的所有设备是接在一根总线上的，那么我们进行通信的时候往往只是几个设备进行通信，那么这时候其余的空闲设备可能会受到总线干扰，或者干扰到总线。为了避免总线信号的混乱，IIC的空闲状态只能有外部上拉， 而此时空闲设备被拉到了高阻态，也就是相当于断路， 整个IIC总线只有开启了的设备才会正常进行通信，而不会干扰到其他设备。
IIC物理层总结：
IIC 总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生IIC总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，SCL和SDA被上拉电阻Rp拉高，使SDA和SCL线都保持高电平。
IIC通信方式为半双工，只有一根SDA线，同一时间只可以单向通信，485也为半双工，SPI和uart通信为全双工。
IIC 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
1）开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
2）结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
3）应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，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。
IIC 总线时序图：
IIC的通信协议流程：
①表示“总线空闲状态”，在此状态下时钟信号 SCL 和数据信号 SDA 均保持高电平，此时无 IIC 设备工作。
②表示“起始信号”，在 IIC 总线处于“空闲状态”时，SCL 依旧保持高电平时，SDA 出现由高电平转为低电平的下降沿，产生一个起始信号，此时与总线相连的所有 IIC 设备在检测到起始信号后，均跳出空闲状态，等待控制字节的输入。
③表示“数据读/写状态”，在串行时钟线SCL为低电平状态时，SDA允许改变传输的数据位（1 为高电平，0为低电平），在SCL为高电平状态时，SDA要求保持稳定，相当于一个时钟周期传输1bit数据，经过8个时钟周期后，传输了8bit数据，即一个字节。第8个时钟周期末，主机释放SDA以使从机应答，在第9个时钟周期，从机将SDA拉低以应答；如果第9个时钟周期，SCL为 高电平时，SDA未被检测到为低电平，视为非应答，表明此次数据传输失败。需要注意数据以8bit即一个字节为单位串行发出，其最先发送的是字节的最高位。
④表示“停止信号”，完成数据读写后，时钟 SCL 保持高电平，当数据 SDA 产生一个由低电平转为高电平的上升沿时，产生一个停止信号，IIC 总线跳转回“总线空闲状态”。
“数据读/写状态”时序如下图：
在串行时钟线SCL为低电平状态时，SDA允许改变传输的数据位（1 为高电平，0为低电平），在SCL为高电平状态时，SDA要求保持稳定，相当于一个时钟周期传输1bit数据，经过8个时钟周期后，传输了8bit数据，即一个字节。
第8个时钟周期末，主机释放SDA以使从机应答，在第9个时钟周期，从机将SDA拉低以应答；如果第9个时钟周期，SCL为 高电平时，SDA未被检测到为低电平，视为非应答，表明此次数据传输失败。需要注意数据以8bit即一个字节为单位串行发出，其最先发送的是字节的最高位。
IIC器件地址：
每一个IIC器件都有一个器件地址，有的器件地址在出厂时地址就设定好了，用户不可以更改，比如OV7670的地址为0x42。有的器件例如EEPROM，前四个地址已经确定为1010，后三个地址是由硬件链接确定的，所以一IIC总线最多能连8个EEPROM芯片。
IIC地址：
我们知道IIC总线是一个支持多设备的总线，所有设备都共享一根数据线SDA。那么当数据线上传输数据时，每个设备如何才能知道这次传输是传给自己的呢？这就需要每个设备都有一个唯一的地址，每个 I2C 设备都具备7位器件地址。
通常情况下，主机在与从机建立通讯时，主机会将控制命令直接发送到串行数据线 SDA 上，与主机硬件相连的从机设备都会接收到主机发送的控制命令。所有从机设备在接收到 主机发送的控制命令后会与自身器件地址做对比；若两者地址相同，该从机设备会回应一个应答信号告知主机设备，主机设备接收到应答信号后，主从设备建立通讯连接，两者即可开始进行数据通讯。
除了器件地址位，从机设备还有寄存器地址用于寻址寄存器。在数据传输过程中表明寄存器地址，就可以往特定寄存器写入数据。寄存器地址依据从机寄存器数量分为8位、16位。
"如果主机向从机发送地址，从机怎么知道这个地址就是主机的，这个地址是如何计算"
严格讲，主机不是向从机发送地址，而是主机往总线上发送地址（这个地址是某个从机的，而不是主机的，所以不存在“从机怎么知道这个地址就是主机的”的问题），所有的从机都能接收到主机发出的地址，然后每个从机都将主机发出的地址与自己的地址比较，如果匹配上了，这个从机就会向主机发出一个响应信号。主机收到响应信号后，开始向总线上发送数据，与这个从机的通讯就建立起来了。如果主机没有收到响应信号，则表示寻址失败。
主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。
1）如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；
2）如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件，然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下，主机负责产生定时时钟和终止数据传送。这也就是主器件对于从器件的两种操作，即写操作和读操作。
（1）数据写操作
单字节数据写操作
Start: IIC开始信号，表示开始传输。
DEVICE_ADDRESS：从设备地址,就是7位从机地址
R/W： W(write)为写，R(read)为读
ACK： 应答信号
WORD_ADDRESS：从机中对应的寄存器地址 比方说访问 OLED中的 某个寄存器
DATA: 发送的数据
STOP: 停止信号。结束IIC标准流程为：
Master发起START
Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK
Slave发送ACK
Master发送reg addr（8bit），等待ACK
Slave发送ACK
Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK
Slave发送ACK
第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器
Master发起STOP
主机写数据到从机（传输的方向不会改变，即若要改变传输方向必须先发送stop条件）
传输的具体细节：
1.主机控制SDA, 主机首先产生START信号;
2.主机控制SDA，依次设置要寻址的7位从机地址(A6-A0)，外加1位数据方向位R/W，0表示主机发送数据(写)，1表示主机接收数据(读)；
3.从机控制SDA，如果可以回应就发送ACK位（拉低SDA），否则发送NACK（拉高SDA）；
4.主机控制SDA， 依次设置从机中的8位寄存器地址(B7-B0)，主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，若相同，则认为自己正在被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器和接收器；
5.从机控制SDA， 如果可以回应就发送ACK位（拉低SDA）， 否则发送NACK（拉高SDA），这时候主机等待从机的应答信号(A)；
6.主机控制SDA，当主机收到应答信号时，发送要访问从机的那个地址， 继续等待从机的应答信号；
7.当主机收到应答信号时，发送N个字节的数据，继续等待从机的N次应答信号；
8.主机控制SDA，产生停止条件，停止发送。
IIC应答信号：
每字节发送完毕都需要有一个应答信号。
Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。
即在第9个clock，若Slave发ACK，SDA会被拉低。
若没有ACK，SDA会被置高，这会引起Master发生RESTART或STOP流程。
每字节发送完毕都需要有一个应答信号，主机接收到应答信号后，向从机发从停止信号。
单字节写操作中，主机一次向从机中写入单字节数据；页写操作中，主机一次可向从机写入多字节数据(适合大批量数据写入，省时)。
需要注意的是，所有 I2C 设备均支持单字节数据写入操作，但只有部分 I2C 设备支持页写操作； 且支持页写操作的设备，一次页写操作写入的字节数不能超过设备单页包含的存储单元数。
页写过程如下：
(1) 主机产生并发送起始信号到从机，将控制命令写入从机设备，读写控制位设置为低电平，表示对从机进行数据写操作，控制命令的写入高位在前低位在后；
(2) 从机接收到控制指令后，回传应答信号，主机接收到应答信号后开始存储地址的写 入。若为 2 字节地址，顺序执行操作；若为单字节地址跳转到步骤(5)；
(3) 先向从机写入高 8 位地址，且高位在前低位在后；
(4) 待接收到从机回传的应答信号，再写入低 8 位地址，且高位在前低位在后，若为 2 字节地址，跳转到步骤(6)；
(5) 按高位在前低位在后的顺序写入单字节存储地址；
(6) 地址写入完成，主机接收到从机回传的应答信号后，开始第一个单字节数据的写入；
(7) 数据写入完成，主机接收到应答信号后，开始下一个单字节数据的写入；
(8) 数据写入完成，主机接收到应答信号。若所有数据均写入完成，顺序执行操作 程；若数据尚未完成写入，跳回到步骤(7)；
(9) 主机向从机发送停止信号，页写操作完成。
（2）数据读操作
当前地址读操作过程如下：
- 主机向从机发送控制命令，读写控制位设置为高电平，表示对从机进行数据读操作；
- 主机接收到从机回传的应答信号后，开始接收从机传回的单字节数据；
- 数据接收完成后，主机产生一个时钟的高电平无应答信号；
- 主机向从机发送停止信号，单字节读操作完成。
随机读操作：
上图为单字节地址，下图为2字节地址。
主机读取从机中的数据 （传输的方向可以改变，即若要改变传输方向前无需发送stop条件）
标准流程为：
Master发送I2C addr（7bit）和w（写）操作0（1bit），等待ACKSlave发送ACK
Master发送reg addr（8bit），等待ACK
Slave发送ACK
Master发起START
Master发送I2C addr（7bit）和r（读）操作1（1bit），等待ACK
Slave发送ACK
Slave发送data（8bit），即寄存器里的值
Master发送ACK
第7步和第8步可以重复多次，即顺序读多个寄存器
传输的具体细节：
1.主机控制SDA, 主机首先产生START信号;
2.主机控制SDA，依次设置要寻址的7位从机地址(A6-A0)，外加1位的R/W(置为0)，表明是向从机写命令；
3.从机控制SDA，如果可以回应就发送ACK位（拉低SDA）， 否则发送NACK（拉高SDA）；
4.主机控制SDA， 当主机收到应答信号时，发送要访问的地址(B7-B0)，继续等待从机的应答信号；
5.从机控制SDA， 如果可以回应就发送ACK位（拉低SDA）， 否则发送NACK（拉高SDA）；
6.当主机收到应答信号后，主机要改变通信模式(主机将由发送变为接收，从机将由接收变为发送)所以主机重新发送一个开始start信号，然后紧跟着发送一个从机地址，注意此时该地址的第8位为1，表明将主机设 置成接收模式开始读取数据，
7. 从机控制SDA， 如果可以回应就发送ACK位（拉低SDA）， 否则发送NACK（拉高SDA）；
8.从机控制SDA, 发送字节数据，当主机收到应答信号时，就可以接收1个字节的数据，当接收完成后，主机发送非应答信号，表示不在接收数据；
9.主机控制SDA, 如果可以回应就发送ACK位（拉低SDA）， 否则发送NACK（拉高SDA）；如果要发送STOP条件，必须将最后一个字节的响应设置为NACK(拉高SDA)。
顺序读操作：
与随机读操作相比，读取的数据量要多。 IIC 顺序读操作就是对寄存器或存储单元数据的顺序读取。假如要读取 n 字节连续数 据，只需写入要读取第一个字节数据的存储地址，就可以实现连续 n 字节数据的顺序读取。
顺序读操作过程如下：
(1) 主机产生并发送起始信号到从机，将控制命令写入从机设备，读写控制位设置为低电平，表示对从机进行数据写操作，控制命令的写入高位在前低位在后；
(2) 从机接收到控制指令后，回传应答信号，主机接收到应答信号后开始存储地址的写 入。若为 2 字节地址，顺序执行操作；若为单字节地址跳转到步骤(5)；
(3) 先向从机写入高 8 位地址，且高位在前低位在后；
(4) 待接收到从机回传的应答信号，再写入低 8 位地址，且高位在前低位在后，若为 2 字节地址，跳转到步骤(6)；
(5) 按高位在前低位在后的顺序写入单字节存储地址；
(6) 地址写入完成，主机接收到从机回传的应答信号后，主机再次向从机发送一个起始信号；
(7) 主机向从机发送控制命令，读写控制位设置为高电平，表示对从机进行数据读操作；
(8) 主机接收到从机回传的应答信号后，开始接收从机传回的第一个单字节数据；
(9) 数据接收完成后，主机产生应答信号回传给从机，从机接收到应答信号开始下一字节数据的传输，若数据接收完成，执行下一操作步骤；若数据接收未完成，在此执行步骤(9)；
(10) 主机产生一个时钟的高电平无应答信号；
(11) 主机向从机发送停止信号，顺序读操作完成。
