I2C串口通信

I2C通信是一种同步串行通信方式，它有两根双向信号线。一根是数据线SDA（serial data I/O），另一根是时钟线SCL（serial clock）。IIC总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据。

总线电路结构
I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线“与”关系。

I2C总线传输协议内容
1，数据位的有效性规定：SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。（可以理解为，要读取信号的时候，SCL必须为高电平，要写入信号的时候，SCL为低电平，软件编程实现该协议的时候需要注意这一点）
2，起始和终止信号的形式约定
SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
由于起始和终止信号都不属于数据位，故不用遵循数据位有效性规定。
3，I2C字节的传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。

应答位的作用
1，主机在发送数据时，每次发送一字节数据，都需要读取从机应答位，当从机空闲可以接收该字节数据时，从机会发出应答（一帧数据的第9位为“0”），当从机正忙于其他工作的处理来不及接收主机发送的数据时，从机会发出非应答（一帧数据的第9位为“1”）主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送，主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据。
2，当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是对从机发送“非应答”，即在最后一帧的第9位置1。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。

I2C读写数据流程
I2C写数据流程

在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），单片机开发板上的AT24C02地址为0xa0，第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。
I2C读数据流程

在读数据时也要先发送器件地址，读写方向为写，因为我们下一帧需要发送从AT24C02内哪个单元开始读，所以需要发送一帧读取的首地址。之后需在发一次器件地址这个时候读写方向就为读了，接着我们就可以从总线上读取数据。
PS：上述图片中灰色部分为主机发送内容，白色部分为从机发送内容，S表示起始信号，A表示应答，A横杠表示非应答，P表示终止信号

I2C总线的各种信号的持续时间的要求：

nop()函数的作用：延迟一个机器周期，经常被用于让信号传输稳定一段时间

软件编程实现I2C通信的时候，只要SDA赋值操作，前面必须有SCL置零的操作（起始信号和终止信号除外）,可以理解为只有SCL为高电平时，SDA线上的数据信号才是有效的；SCL为低电平时，SDA线的数据信号是无效的。

不论主机是发送数据还是接收数据，SCL（时钟总线）始终是由主机控制的，即便是主机读取数据，也可以控制读取数据的时间节奏。

在软件实现I2C通信的时候，每次基本操作结束之后，必须将SCL线拉低，因为如果之后是从机发送信号（应答信号或者数据信号），若此时SCL线是高电平，从机并没有权限修改SCL线的电平，则它无法改变SDA线的值（参照之前提到的数据位有效性规定）。
操作结束之后，最好将SDA线拉高来表示数据总线被释放。