I2C協議最初由Philips Semiconductor（現為NXP Semiconductors）開發，用于簡化微控制器和外圍設備之間的通信。它是一種多主機總線，允許多個設備共享同一總線，同時保持較低的功耗和成本。

I2C協議的主要特性

• 串行通信 ：I2C使用兩條線進行通信，一條是數據線（SDA），另一條是時鐘線（SCL）。
• 多主機能力 ：多個設備可以控制總線，發送數據給其他設備。
• 多設備能力 ：多個設備可以連接到同一總線上，每個設備都有一個唯一的地址。
• 同步通信 ：數據傳輸是同步的，由時鐘信號控制。
• 支持仲裁 ：在多個主機嘗試控制總線時，I2C協議支持仲裁機制以避免沖突。
• 支持多主模式 ：允許多個主機在總線上進行通信。

I2C協議的信號線

• SDA（數據線） ：用于在設備之間傳輸數據。
• SCL（時鐘線） ：用于同步數據傳輸，由主機設備控制。

I2C協議的工作模式

I2C協議有兩種主要的工作模式：

1. 7位尋址模式 ：在這種模式下，每個設備都有一個7位的唯一地址。
2. 10位尋址模式 ：在這種模式下，每個設備都有一個10位的唯一地址，提供了更多的地址空間。

I2C協議的數據傳輸過程

I2C數據傳輸過程包括以下幾個步驟：

1. 起始條件（Start Condition） ：當主機設備想要開始通信時，它會發送一個起始條件，即SDA線在SCL線為高電平時從高電平跳變到低電平。
2. 發送設備地址 ：主機設備發送目標設備的地址，如果是7位尋址模式，則發送7位地址后跟一個讀/寫位（0表示寫，1表示讀）；如果是10位尋址模式，則發送10位地址后跟一個讀/寫位。
3. 應答位（Acknowledge Bit, ACK） ：目標設備在接收到地址后，如果準備好接收數據，會發送一個ACK信號，即SDA線在SCL線為高電平時保持低電平。
4. 數據傳輸 ：一旦地址被確認，主機和從設備之間就可以開始數據傳輸。數據傳輸是8位字節為單位進行的，每個字節后都跟一個ACK信號。
5. 非應答位（Not Acknowledge, NACK） ：在數據傳輸結束時，主機設備發送一個NACK信號，即SDA線在SCL線為高電平時保持高電平。
6. 停止條件（Stop Condition） ：通信結束后，主機設備發送一個停止條件，即SDA線在SCL線為高電平時從低電平跳變到高電平。

I2C協議的仲裁機制

當多個主機嘗試控制I2C總線時，I2C協議通過一種稱為“線與”（Wire-AND）的機制來解決沖突。在這種機制下，任何設備都可以在任何時候控制SCL線，但SDA線必須由所有設備共同控制。如果一個設備想要發送數據，它會檢查SDA線的狀態。如果SDA線已經被其他設備拉低，那么當前設備會釋放SDA線，允許其他設備控制總線。

I2C協議的多主模式

在多主模式下，任何連接到I2C總線的設備都可以成為主機。當一個設備想要成為主機時，它會開始控制SCL線。如果總線上沒有其他主機控制SCL線，那么該設備就可以成功地成為主機。如果已經有其他主機控制SCL線，那么新設備必須等待直到SCL線被釋放。

I2C協議的應用

I2C協議廣泛應用于各種電子設備中，包括：

• 傳感器 ：如溫度傳感器、濕度傳感器等。
• 顯示器 ：如LCD和OLED顯示器。
• 存儲器 ：如EEPROM和Flash存儲器。
• 音頻設備 ：如音頻編解碼器。
• 其他外圍設備 ：如鍵盤、鼠標等。