目录
一、概述
二、首先了解一下I2C的I/O结构
三、其次了解一下I2C的时序
第一部分：起始停止信号简介
第二部分：I2C的时序部分要求
第三部分：I2C的一帧数据的格式
四、最终问与答
1）为啥开漏输出就需要加上拉电阻呢 ？
2）那么问题又来了，为啥I2C的IO要配置成为开漏输出模式呢？
3）为什么要求负载电容的要求？
4）I2C总线上拉电阻怎么选？
I2C是无论在任何产品，任何单板上都会大量使用的总线，是接触服务器硬件最基础且最简单的总线。
I2C总线我会基于I2C官方协议共分两个章节为大家解惑，主分为一下两部分，本章讲解入门部分。
入门：主要讲解I2C协议是如何通信的，主机和从机之间是如何进行数据读写与传输。
进阶：主要讲解I2C的高级使用，也就是常说的I2C的冒险与竞争，官方名为同步与仲裁。
I2C官方协议可以自行下载：硬件I2C总线协议V2.1-硬件开发文档类资源-CSDN下载
服务器总线协议_第二章----I2C总线协议进阶：https://blog.csdn.net/qq_35341807/article/details/107524532
1. I2C是两线制总线，也就是一组I2C有两根线，下面表格说明这两根线的作用。
2. 明白了这两根线的作用后我们来了解一下它的I/O结构，主要如下图所示：
红色方框：
表示I2C主要由SCL和SDA组成。
橙色方框：
可以看出黄色方框中画出了I2C的输入输出的IO结构。
输出： "SCLKN1 OUT" 与 "DATAN1 OUT" 的IO结构为OD输出（开漏输出）。
输入："SCLK IN" 与 "DATA IN"为输入。
紫色方框：
如上所述，黄色方框中的时钟和数据输出引脚的IO模式为开漏输出模式，因此就需要外加上拉电阻。
这样就导致I2C总线在空闲的时候是高电平。
以上讲解了I2C的IO结构，如果大家有问题可以留言或者私信我，常年在线。
不管是什么总线，在它的Spec中都会有时序要求，我们人类交流是通过语言交流，在全世界有很多种不同的语言，在芯片世界，为了让他们也能够进行数据交流，因此诞生了很多不同的总线，时序就像是语法，学会了语法才算是掌握了一门语言，因此学会了总线时序，才算是掌握了总线。
在硬件攻城狮面试的时候，99%的面试官以及笔试试题会有让你描述出I2C的起始信号和停止信号，因此这个是必须要会的，那我们先来了解一下起始信号和停止信号，话不多说，先上图：
起始信号：如上图S框所示，上面讲过了，SCL和SDA在空闲的时候是高电平，当SCL是高电平的时候，主机将SDA拉低，这个 动作便是起始信号。
停止信号：如上图P框所示，当SCL是高电平的时候，主机将SDA由低拉成高，这个动作便是停止信号。
接下来我们来学习一下I2C的时序部分的要求。
此图截取与I2C协议 V2.1的时序部分，所有支持I2C的器件都必须遵守此协议。
先来普及几个常识：
I2C支持3种模式：
标准模式(STANDARD-MODE)：时钟频率为100Khz。
快速模式(FAST-MODE) ：时钟频率为400Khz。
高速模式(HS-MODE)： 时钟频率为3.4Mhz。
建立保持时间定义：
建立时间：数据电平跳变到时钟上升沿的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被稳定的打入触发器。
保持时间：时钟上升沿 到数据电平跳变 的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被稳定的打入触发器
时钟的边沿以采样边沿为准，比如I2C是在数据的上升沿进行采样，那么建立保持时间以上升沿为基准。
VIH和VIL的定义
VIL为IO低电平判定电压值。
VIH为IO高电平判定电压值。
接下来我们主要讲解一下常用的标准模式I2C时序，其他模式类似于标准模式，只是spec要求时间不一样：
这个时序要求为：I2C的SCL时钟的频率要等于100Khz，一个时钟周期的时间要等于10ms。
红色方框已经将tLOW的时序框起来了。
这个时序要求为：SCL的下降沿VIL到上升沿VIL的时间。
协议要求大于4.7us。
红色方框已经将tSU:STA的时序框起来了。
这个时序要求为：当发生重复起始信号时，SCL上升沿的VIH到SDA的VIH的时间。
协议要求大于4.7us。
重复信号发生有很多种情况，比如：主机对从机写一个数据读两个数据，在读写切换的时候不需要发送停止信号，主机直接发送重复起始信号就可以重新开始寻址更换读写方向。
红色方框已经将 tHD:STA的时序框起来了。
这个时序要求为：当I2C主机开始向从机发起数据读写时，起始信号SDA下降沿VIL到SCL下降沿VIH的时间。
协议要求大于4.0us。
红色方框已经将tSU:DAT的时序框起来了。
这个时序要求为：SDA的上升沿VIH or 下降沿VIL到SCL的上升沿VIL的时间。
协议要求大于250ns。
红色方框已经将tHD:DAT的时序框起来了。
这个时序要求为：SCL的下降沿VIL到SDA的上升沿VIL or 下降沿VIH的时间。
协议要求大于5.0us。
红色方框已经将Tr的时序框起来了。
这个时序要求为：标准模式下SCL和SDA的上升沿VIL到VIH的时间小于1000ns。
红色方框已经将Tf的时序框起来了。
这个时序要求为：标准模式下SCL和SDA的下降沿VIH到VIL的时间小于300ns。
红色方框已经将tSU:STO的时序框起来了。
这个时序要求为：SCL的上升沿的VIH到SDA上升沿VIL的时间。
协议要求时间大于4.0us。
红色方框已经将tSU:STA的时序框起来了。
这个时序要求为：发送一帧数据结束后又开始新的传输，SDA上升沿VIH到SDA下降沿VIH的时间。
协议要求时间大于4.0us。
这个负载电容的spec限制了一组总线上的从器件数量，负载电容指的是pin脚的寄生电容，PCB Layout走线电容等等。按照经验来说一个从期间的负载电容大概是10pf~30pf左右。
大概时序部分就是这些，在测试I2C的时候我们都需要按照I2C协议中的要求去卡时间，必须满足I2C时序，不然可能会出现读写出错的情况。
在一二部分我们对I2C的时序进行了一下了解，在第三部分我们看下I2C的一帧数据格式以及通信机制是怎么样的，
由于I2C总线时双向的，所以由主机和从机根据实际操作轮流控制总线，细品，你细细品。
先上图：
1. START：首先由主机发送起始信号，这个时候所有从机接收到起始信号，开始准备好通信，此时主机控制总线。
2. ADRESS：主机发完起始信号后，开始进入寻址阶段，主机发送7位I2C地址，此时主机控制总线。
3.R/W_N：主机发送完地址后紧跟着读写位，表明接下来我要进行写操作还是读操作，在发送完读写位后，此时主机释放总线。
4.ACK：这个是从机的应答位，此时总线的控制权由主机切换为从机控制总线，
当从机接收到主机发来的地址和自己的地址一致后，会将ACK拉低。
如果主机寻址的地址根本不存在时，由于主机已经释放总线，此时总线会被上拉电阻拉至高电平。
5.DATA：当主机发出的地址+读写信号由从机应答后。
写操作的时候此时总线由主机控制，主机发送8位数据。
读操作的时候此时总线由从机控制，从机发送8位数据。
6.ACK：写操作的时候由从机控制总线发出。
读操作的时候由主机控制总线发出。
7. STOP：在传输完一帧数据后，主机发送停止信号，停止总线的数据传输，停止信号发出后，总线处于空闲状态。
答：通常在IO内部简化为一个NMOS管，
当栅极输入高时，由于漏极悬空，导致无法输出高电平，因此就需要外加上拉电阻用于驱动高电平（1）的输出。
当栅极输入低时，MOS管导通，漏极和源极导通，等效于漏极接地，因此漏极电平为低电平（0）。
因此就可以知道I2C是通过外部上拉电阻来驱动高电平的。
答：开漏输出模式可以实现一个逻辑功能，就是 “ 线与 ” 。在IO结构图中可以看出，在I2C总线上画有两个从设备，实际上I2C可以挂很多从设备，从设备的数量主要受总线负载电容小于400pf的限制。线与就是当I2C总线上下挂很多从设备，只要有一个从设备将总线拉低，那么总线就处于被占用的状态，也就是为了使用更高级的功能，在下一章节：《 服务器总线协议_第二章----I2C总线进阶 》我会给大家重点讲解I2C是如何使用线与，在此继续向下讲解。
服务器总线协议_第二章----I2C总线协议进阶：https://blog.csdn.net/qq_35341807/article/details/107524532
答：负载电容会影响信号的上升时间，因为I2C协议对于SCL和SDA的信号上升下降时间是有要求的，因此电容不能超过spec要 求的400pf，如果想要在一路I2C下挂很多器件，可以通过使用增加Switch的方式，例如常用的PCA9548，可以通过一路I2C控制8路输出。
答：I2C spec如下图所示：
在Spec中有对最大输出低电平的要求，要求IO口的灌电流最大为3mA，在3mA的电流驱动下，I/O输出的最大电压为0.4V，因此可以通过下面这个公式计算链路并联等效电阻最大值。注意：是一条I2C链路的并联等效电阻！
我们经常使用的上拉电阻通用为3.3V，所以并联等效电阻最大值为967Ω。在平常使用时候要注意一下尽量使等效电阻大于IK。
由于Device有负载电容，与上拉电阻形成RC等效链路，所以导致电阻如果选择过大会导致信号上升时间增大，所以上拉电阻也不宜选择过大，通常将一条链路的等效电阻设计为4.7K。
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