隨著微控制器的價格越來越低，功能越來越強大，電氣設計人員發現在單板和多板系統中都使用多個小型控制器是一種更加經濟高效的方法。這種輔助處理器能夠減輕主處理器在耗時任務上面的處理開銷，例如掃描鍵盤、顯示控制器和電機控制。這些控制器也可以配置為各種各樣的專用外設。

最近，我接受了一項任務：開發一種能夠方便地適用于多種應用的接口（軟/硬件），且要符合嵌入式處理器中常用的行業標準。在分析了一些典型應用之后，我們列出了一些針對該硬件接口的設計需求：常用于32位和8位處理器；能夠得到常用外設器件的支持；外設接口代碼量低于0.5kB；引腳數量少；數據帶寬可達10kBps；RAM用量少；一條總線上支持多種外設；方便使用API；不需要外部接口驅動硬件。

由于要求引腳數量少，所以必須采用串行接口。目前處理器中常見的串行接口包括SPI、I2C、USB和RS-232。通過從不同方面權衡比較這些接口，我最終選擇了I2C，因為它接口簡單，靈活性好，得到了大多數低成本控制器的支持。在不需要很高傳輸速度的情況下，較少的引腳數和流量控制功能還使得I2C接口相比SPI接口具有更大的優勢。

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I2C是一種雙線雙向接口，包括一個時鐘信號和一個數據信號（SCL和SDA）。在不增加任何其他信號的情況下，一條I2C總線就可以支持多達12個設備。I2C接口規范包括三種工作速度：100kbps、400kbps和3.4Mbps。大多數常見的控制器只支持100-和400kbps兩種模式。I2C總線支持一個主設備多個從設備，或者多個主設備的配置結構。

I2C一個非常重要的特性就是它支持流量控制。如果某個從設備無法保持連續的字節傳輸，它可以將總線掛起，直到能夠跟上主設備的傳輸速度。這對于包含最小規模的I2C硬件并且必須在固件上支持部分傳輸協議的從設備來說是非常有用的。I2C總線規范支持7b和10b兩種尋址協議。我發現7b尋址模式在大部分應用中的效率更高。

在開始編寫代碼之前，我們需要很好地了解I2C總線的工作原理。任何情況下I2C總線至少要包含一個主設備，至少要掛有一個或多個從設備。主設備總是由主到從發起數據傳輸操作。無論有多少個外設掛接在總線上，I2C接口只有兩個信號。

兩個信號都是集電極開路的，通過大小為2.7k左右的上拉電阻接Vcc電源。SDA信號是雙向的，可以由主設備或從設備驅動。SCL信號是由主設備驅動的，但是在一個數據字節的末尾從設備必須保持SCL信號為低，以延遲總線直到從設備開始處理數據。主設備在數據字節的最后一位傳輸完之后釋放SCL信號，然后檢查SCL信號是否變高。如果SCL沒有變高，那么主設備認為從設備正在請求主設備延遲，直到其開始處理數據。

當通過I2C總線發送數據時，只有當SCL為低電平時才能進行數據變換。當SCL信號為高時，任何方向的數據都應該是穩定的．

當總線空閑時，主設備和從設備都不下拉SDA和SCL信號。在發起一次數據傳輸時，主設備驅動SDA信號從高電平變成低電平，同時SCL信號為高。一般地，當SCL信號為高電平時，SDA信號的狀態保持不變，但啟動或停止條件下除外。當SCL信號為高并且SDA信號從低變高時，是傳輸停止的情況。

I2C總線以8b為單位傳輸數據。每傳輸一個字節時，必須得到數據接收方的確認。所有的數據都是從MSB（最高有效位）開始傳輸的。