本文作为一个引入，作用是让读者理解熟知IIC协议关键内容，结合实际手册内容，深度解析协议本质，作为后续嵌入式linux驱动IIC子系统的一个铺垫。
目录
1. 硬件连接
IIC%E4%BC%A0%E8%BE%93%E6%97%B6%E5%BA%8F-toc" style="margin-left:0px;">2. IIC传输时序
2.1.写操作
2.2.读操作
I2C%E4%BF%A1%E5%8F%B7-toc" style="margin-left:40px;">2.3.I2C信号
IIC%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E7%BB%86%E8%8A%82-toc" style="margin-left:0px;">3.IIC协议细节
IIC%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E7%B1%BB%E6%AF%94%20SPI%E3%80%81UART-toc" style="margin-left:0px;">4.IIC协议类比 SPI、UART
1. 硬件连接
I2C在硬件上的接法如下所示，主控芯片引出两条线SCL,SDA线，在一条I2C总线上可以接很多I2C设备，我们还会放一个上拉电阻。（之前在我们的硬件篇有提到上拉电阻 还想系统性的了解上拉电阻的可以参考学习 接下来我们也会对IIC硬件中的上拉电阻进行分析）
由此我们可以得知以下信息，这些都是重点，读者需要牢牢记住。
同步、串行、半双工、多主机总线、近距离、低速、芯片与芯片之间的通信；
接口：两线制：SDA数据线、SCL时钟线 成本低
可以挂载多设备、主机是使用总线权利者、从机只可以听取从机、被主机管理；
我们接下来就是分析下上拉电阻的问题了。
我们知道由于芯片在输出高低电平的时候，内部通常会有两个mos管（针对mos管的知识在硬件篇也有系统的讲 不懂的读者也可以回顾学习），上面的MOS管导通输出高电平，下方的MOS管导通输出低电平。
因此我们熟知IIC是需要多设备通信，假设我们把两个IO口都挂在到一个总线上，很简单的可以发现当一个芯片输出高电平，一个芯片输出低电平，此时就短路了，因此IIC对于设备的IO口做了一些阉割，去掉了上面的mos管，只保留下方的mos管，但是问题也暴露出来了，虽然解决了短路的问题，但是设备只可以输出低电平，另一种情况的电平就是未知的状态，浮空，为了避免这种情况，我们需要引入上拉电阻，这样完美了解决这个问题，同时也体现了IIC硬件设计的驱动能力。
同时我通过IIC手册对于IIC硬件设计规范图图例进行实例的调研，如下所示：
可以清楚的看出，正如我们先前总结的一样，这就是IIC的上拉电阻的作用。
IIC%E4%BC%A0%E8%BE%93%E6%97%B6%E5%BA%8F">2. IIC传输时序
2.1.写操作
流程如下：
-
主芯片要发出一个start信号
-
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)
-
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
-
主设备发送一个字节数据给从设备，并等待回应
-
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。
-
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"
2.2.读操作
流程如下：
-
主芯片要发出一个start信号
-
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)
-
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
-
从设备发送一个字节数据给主设备，并等待回应
-
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。
-
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"
I2C%E4%BF%A1%E5%8F%B7">2.3.I2C信号
I2C协议中数据传输的单位是字节，也就是8位。但是要用到9个时钟：前面8个时钟用来传输8数据，第9个时钟用来传输回应信号。传输时，先传输最高位(MSB)。
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开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
-
结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
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响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
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SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化
I2C协议信号如下：
IIC%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E7%BB%86%E8%8A%82">3.IIC协议细节
-
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）。
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主、从设备都可以通过SDA发送数据，肯定不能同时发送数据，怎么错开时间？ 在9个时钟里， 前8个时钟由主设备发送数据的话，第9个时钟就由从设备发送数据； 前8个时钟由从设备发送数据的话，第9个时钟就由主设备发送数据。
IIC%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E7%B1%BB%E6%AF%94%20SPI%E3%80%81UART">4.IIC协议类比 SPI、UART
| 特性 | I2C | UART | SPI |
|---|---|---|---|
| 通信方式 | 多主多从同步通信 | 全双工异步通信 | 主从同步通信 |
| 通信线数 | 2 条（SCL、SDA） | 2 条（TX、RX，可能附加GND） | 4 条（SCLK、MOSI、MISO、CS） |
| 通信速率 | 标准模式：100kbps； 快速模式：400kbps； 高速模式：3.4Mbps | 通常 9600bps - 1Mbps | 通常最高几十Mbps，依设备支持而定 |
| 拓扑结构 | 菊花链总线 | 点对点 | 主从结构，支持多从设备 |
| 总线仲裁 | 支持，基于时序和逻辑（多主控制） | 不支持 | 不支持 |
| 时钟信号 | 由主设备提供 | 不需要（内部分频产生波特率） | 由主设备提供 |
| 传输效率 | 较高，支持多个从设备，但有协议开销 | 较低，数据包中通常有起始位、停止位和校验位 | 高，直接传输数据 |
| 硬件复杂性 | 适中，依赖外部上拉电阻 | 简单，仅需基本串口硬件 | 较高，需额外的片选线和主控支持 |
| 多设备支持 | 支持多个从设备（地址唯一） | 每个 UART 端口仅支持一对设备 | 支持多个从设备（需独立片选信号） |
| 全双工支持 | 不支持（半双工） | 支持 | 支持 |
| 数据传输可靠性 | 较高，有 ACK/NACK 确认机制 | 依靠硬件/协议，无确认机制 | 较高，无明确协议确认机制 |
| 典型应用场景 | 传感器（如温湿度、气压传感器）、EEPROM | 调试接口、低速外设通信 | 高速外设（如显示屏、ADC、DAC） |
| 易用性 | 中等，需要配置设备地址 | 简单，常用于调试与低速数据传输 | 复杂，需要主控与从设备紧密配合 |
