I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种由Philips公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。在物理结构上，I2C总线由数据线SDA和时钟SCL构成，每个器件都有一个唯一的地址识别。发送数据到总线的器件叫作发送器，从总线接收数据的器件叫作接收器。初始化发送产生时钟信号和终止发送的器件叫作主机，被主机寻址的器件叫作从机。
I2C总线最主要的优点是简单性和有效性。由于接口集成在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可达25ft（7.62m），并且能够以10kbit/s的最大传输速率支持40个组件。
I2C总线的另一个优点是支持多主控制，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。I2C总线上在任何时刻只能有一个主机，主机能够控制信号的传输和时钟频率。当有多于一个主机尝试控制总线时，通过仲裁只使能其中一个控制总线并使报文不被破坏。仲裁原则是当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞争仲裁的可靠性。由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的丢失。
这里以AT24Cxx EEPROM为例说明I2C设备原理。AT24Cxx系列EEPROM是由美国Microchip公司出品的支持I2C总线数据传送协议的串行E2PROM，可用电擦除，自动擦除时间不超过10ms。串行E2PROM一般具有两种写入方式，一种是字节写入方式，另一种是页写入方式。允许在一个写周期内同时对1个字节到一页的若干字节的编程写入，单页的大小取决于芯片内页寄存器的大小。AT24C02具有16B数据的页面写能力。
AT24C02包含8个管脚，SCL为串行时钟，SDA为串行数据/地址，A0、A1、A2为器件地址输入端；WP为写保护脚，电平为高则芯片只读，Vcc为电源。如图7-1所示。
图7-1 AT24Cxx系列EEPROM管脚
AT24Cxx系列EEPROM的8位I2C地址的计算方法是前四位为固定的1010，后面三位由A2、A1、A0管脚决定，最后一位代表读写，为1表示读，为0表示写。如图7-2所示。
图7-2 AT24Cxx的I2C地址
下面具体说明AT24Cxx的I2C总线时序。
（1）开始条件（START）
在SCL线处于高电平时，SDA线从高电平向低电平切换，表示一个开始信号。
（2）停止条件（STOP）
当SCL线处于高电平时，SDA线由低电平向高电平切换，表示一个停止条件。
开始和停止条件如图7-3所示。(www.xing528.com)
图7-3 开始和停止条件
（3）数据传输
SDA线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变，否则将代表开始和停止条件出现。总线在起始条件后被认为处于忙的状态，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。
发送到SDA线上的每个字节必须为8bit。每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必须跟一个响应位（ACK）。首先传输的是数据的最高位MSB。在响应时钟脉冲期间，接收器必须将SDA线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。图7-4是I2C数据传送时序图。
图7-4 I2C数据传送时序
（4）单字节写
单字节写的流程是开始条件后发送器件写地址，然后发送器件内部地址，最后发送数据，每发送一个字节都要有应答。图7-5是I2C单字节写时序图。
图7-5 I2C单字节写时序
（5）单字节读
单字节读的流程是开始条件后发送器件写地址，然后发送器件内部地址，结束后再发一个开始条件，接着发送器件读地址，最后接收数据，每发送一个字节都要有应答。图7-6是I2C单字节读时序图。
图7-6 I2C单字节读时序
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
