1. I2C协议简介

I2C（Inter-Integrated Circuit，内部集成电路）协议是由飞利浦（现NXP半导体）于1980年代初开发的一种两线式串行通信协议，常用于微控制器与低速周边设备（如传感器、EEPROM、A/D转换器等）之间的短距离通信。

2. 核心物理架构

它的物理层有如下特点：
(1)它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2)一个I2C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。
(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I2C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)具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s，快速模式为400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。
(7) 连接到相同总线的IC 数量受到总线的最大电容400pF限制。
• 两条信号线：
• SDA（Serial Data）：串行数据线，用于传输数据。
• SCL（Serial Clock）：串行时钟线，由主机提供同步时钟。
• 电气特性：
• 采用开漏输出（Open-Drain）结构，必须在总线上外接上拉电阻（通常为 4.7kΩ 左右）。
• 支持多主从架构（Multi-Master/Slave）：总线上可以连接多个主机和多个从机，理论上从机数量受限于总线电容（最大 400pF）或地址空间。

3. I2C协议层

I2C协议定义了通信的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。