I2C(IIC)属于两线式串行总线，用于微控制器(MCU)和外围设备(从设备)进行通信的一种总线，
属于一主多从(一个主设备(Master)，多个从设备(Slave))的总线结构，总线上的每个设备都有一个特定的设备地址，以区分同一I2C总线上的其他设备。连接到I2C中总线上的设备既可以用作主设备，也可以用作从设备。

物理I2C接口有两根双向线：串行时钟线（SCL）和双向串行数据线（SDA），可用于发送和接收数据，但是通信都是由主设备发起，从设备被动响应，实现数据的传输。SDA负责在设备间传输串行数据，SCL负责产生同步时钟脉冲。

一、基础介绍

调I2C时序，主要在调数据写入write_I2C和数据读取read_I2C的机制。I2C主要实现数据的传输，使主机和从机的相互响应。它有一种数据传送机制。总结起来为：起始信号，终止信号、应答信号，读字节，写字节，数据读取和数据写入。

I2C基本架构：

     Start_I2C
     Stop_I2C
     readack  读取应答信号
     sendack and sendnack  输出应答或非应答
     sendbyte
     readbyte
     write_I2C  
     read_I2C

二、I2C通信协议详解

SDA和SCL变化情况：

所有数据传输均起始于一个start，终于一个stop.
Start_I2C定义：SCL为高时，SDA从高到低转换；
Stop_I2C定义：SCL为高时，SDA从低到高转换；
数据有效性：SCL为高时，SDA的数据必须稳定；
只有SCL变低时，SDA的状态才能跳变。

1、空闲状态

SCL和SDA接上拉电阻，默认高电平，表示总线是空闲状态

2、主从设备

主设备负责控制通信，通过对数据传输进行初始化/终止化，来发送数据并产生所需的同步时钟脉冲。
从设备则是等待来自主设备的命令，并响应命令的接收。且同步时钟信号只能由主设备产生。

3、起始信号和结束信号

：

（1） I2C的起始位

 void I2C_sendStart() //开始位
{
	SDA=1; /*发送起始条件的数据信号*/
	SCL=1;
	SDA=0; /*发送起始信号*/
	Delay_us(1);
	SCL=0; 
}

（2）I2C的结束位

   Void sendstop()
   {
	    SCL=0;
		SDA=0; /*发送结束条件的数据信号*/
		SCL=1;
		while(SCL!=1) { };
		Delay_us(1);
		SDA=1; Delay_us(1);

	}

4、数据有效性

I2C总线进行数据传送时，在SCL的每个时钟脉冲期间传输一个数据位，时钟信号SCL为高电平期间，数据线SDA上的数据必须保持稳定，只有在时钟线SCL上的信号为低电平期间，数据线SDA上的高电平或低电平状态才允许变化，因为当SCL是高电平时，数据线SDA的变化被规定为控制命令（START或STOP，也就是前面的起始信号和停止信号）。

从机地址发送完后可能会发送一些指令，依从机而定，然后开始传输数据，由主机或者从机发送，每个数据为8位，数据的字节数没有限制。在开始信号之后，SDA和SCL先都处于低电平，当要传输数据时SDA先为高，之后SCL再跳变为高，才可进行数据的传输：

5、应答信号

当SDA是低电平为有效应答(ACK)，表示对方接收成功；
当SDA是高电平为无效应答(NACK)，表示对方没有接收成功。

接收端收到有效数据后向对方响应的信号，发送端每发送一个字节(8位)数据，在第9个时钟周期释放数据线去接收对方的应答。

(1)、接收数据需向发送方发送应答:

void IIC_ack(u8 ack)
{
    // 数据线设置为输出
    
    SCL = 0;
    delay_us(5);
    
    if(ack)
        SDA = 1; // 无效应答
    else
        SDA = 0; // 有效应答      
    delay_us(5);
    SCL = 1;
    // 保持数据稳定
    delay_us(5);
    // 拉低SCL开始传输数据
    SCL = 0;
} 

(2)、发送数据需等待接收方的应答：

// 等待ACK   1-无效    0-有效
u8 IIC_wait_ack(void)
{
    u8 ack = 0;
    
    // 数据线设置为输入
    
    // 拉高时钟线
    SCL = 1;
    delay_us(5);
    // 获取数据线的电平
    if(SDA)
    {   // 无效应答
        ack = 1;
        IIC_stop();
    }
    else
    {   // 有效应答
        ack = 0;
        // 拉低SCL开始传输数据
        SCL = 0;
        delay_us(5);
    }
    
    return ack;
}

三、I2C通信实现方式

1、硬件I2C

即使用I2C控制器实现，使用芯片上的I2C外设，它有相应的I2C驱动电路，有专用的I2C引脚，调用I2C的控制函数即可，无需用代码去控制SCL、SDA的各种高低电平变化来实现I2C协议，只需要将I2C协议中的可变部分（如：从设备地址、传输数据等等）通过函数传参给控制器，控制器自动按照I2C协议实现传输，但是若出现问题，只能通过示波器看波形找问题。

2、模拟I2C

通过使用任意IO口去模拟实现I2C通信协议，手动写代码去控制IO口的电平变化，模拟I2C协议的时序，实现I2C信号和数据传输。

3、数据读取和写入的示例：

Write_I2C：start->slave address+0+ACK+数据包（byte+ack+…+byten+Nack）+stop
Read_I2C：start->slave address+1+ACK+数据包（byte+ack+…+byten+Nack）+stop

注意：关于slave address是7位的一个字节，write是0位，read是1位；
示例：slave address为50H（1010000）
则写地址在其后加一位0，即变成（10100000），为A0
读地址在其后加一位1，即变成（10100001），为A1;

具体为:
当总线空闲时，SDA和SCL都处于高电平状态，
当主机要和某个从机通讯时：
❶发送一个开始条件，
❷发送从机地址和读写控制位，
❸传输数据及数据传输结束时，
❹主机会发送停止条件。

   		write_I2C  
       {
             Start_I2C;
             sendbyte();//传送地址与写入标记
             readack;
             sendbyte();//传送字节
             readack;
             Stop_I2C;
        }
        
     	read_I2C  
       {
             Start_I2C;
             sendbyte();//传送地址与读取标记
             readack;
             readbyte();//读取字节
             sendack and sendnack
             Stop_I2C;
        }

4、应用示例
Define address:根据芯片规格书定义读写地址
设置端口：SDA/SCL/INT
缓存buffer: 主控端的写入和读取资料缓存

（1）读取I2C的应答标志位

Unsigned char readACK() //读取应答信号
{
		SCL=0;
		SDA=1; /*此处为释放SDA 总线，由从从机发出低电平应答*/
		_nop_();
		SCL=1;
		_nop_();
		if(SDA)
		return 1; //no ACK
		else
		return 0; //ACK
}

(2)主控端送出应答信号

 void sendACK() //输出应答信号
{
		SCL=0;
		SDA=0;
		_nop_();
		SCL=1;
		}
		void sendNOACK() //输出无应答信号
		{
		SCL=0;
		SDA=1;
		_nop_();
		SCL=1;
}

（3）主控端写入一个字节到从机

  void sendByte(uchar dat) //写一个字节
{
		uchar i;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
		SCL=0; /*钳住I2C 总线，准备发送数据 */
		if(dat&0x80)
		SDA=1;
		else
		SDA=0;
		_nop_(); 
		_nop_();
		SCL=1; 
		dat<<=1;
		}
}

（4）主控端对从机读取一个字节

uchar readByte() //读一个字节
{
		uchar i, dat=0;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
		SCL=0;
		SDA=1;
		_nop_(); 
		dat<<=1;
		SCL=1; 
		if(SDA==1)
		dat|=0x01;
		}
		return dat;
}

（5）主控端数据写入

bit writeIIC(uchar addrW, uchar *writeData, uchar length)
{
		uchar i;
		bit ACK;
		sendStart();
		sendByte(addrW); //传送地址与写入标记
		ACK = readACK();
		if (ACK)
		{
			sendStop(); //地址不正确或装置未连接，送出停止信号
			return ACK;
		}
		for(i = 0; i<length; i++)
		{
			sendByte(writeData[i]);
			ACK = readACK();
			if (ACK)
			{
			sendStop(); //未接收到ACK，送出停止信号
			return ACK;
			}
		}
		sendStop(); //资料写入完成，送出停止信号
		return ACK;
}

（6）主控端对从机数据读取

 bit readIIC(uchar addrR, uchar *readData, uchar length)
{
		uchar i;
		bit ACK;
		sendStart();
		sendByte(addrR); //传送地址与读取标记
		ACK = readACK();
		if (ACK)
		{
		sendStop(); //地址不正确或装置未连接，送出停止信号
		return ACK;
		}
		for(i = 0; i<length; i++)
		{
		readData[i] = readByte();
		if(i<length-1)
		sendACK();
		else
		sendNOACK(); //读取最后一笔资料，送出No ACK
		}
		sendStop(); //资料读取完成，送出停止信号
		return ACK;
}

（7）调用数据写入和读取

     writeIIC(address_W, &Write_Buffer,4);
     readIIC(address_R, &Read_Buffer, 5);