I2C：内部集成电路总线
I2C，全称Inter-Integrated Circuit，即内部集成电路总线，是由飞利浦公司（现为恩智浦半导体）在上世纪八十年代初开发的一种同步的串行通信总线。它以其接线简单、硬件实现容易、可扩展性强等特点，在嵌入式系统和各种电子设备中得到了广泛应用。以下是对I2C总线作为硬件之间串行通信总线的详细解析：
一、I2C总线的基本组成与特点
I2C总线的基本组成：
I2C总线仅由两根信号线组成：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。
SDA用于传输数据，是双向的；SCL由主设备产生，用于控制数据传输的速率和同步。
I2C的特点：
1、多主多从设备支持：
I2C总线支持多个主设备和多个从设备连接到同一总线上，每个设备都有唯一的地址。
2、同步通信：
数据传输由时钟信号（SCL）来控制，确保主从设备之间的数据同步。
3、简单的连接：
对硬件的要求较低，容易在微控制器和外围设备间实现连接。
4、低功耗：
设计使其成为低功耗的通信方式，适用于电池供电的设备。
二、I2C总线的通信协议
1、I2C总线的信号定义：
起始信号（START）：当SCL为高电平时，SDA由高电平变为低电平，表示通信开始。
停止信号（STOP）：当SCL为高电平时，SDA由低电平变为高电平，表示通信结束。
应答信号（ACK）：每传输完一个字节后，接收方会发送一个应答信号（ACK），即SDA被拉低，表示数据已被成功接收。
2、I2C总线的数据传输：
数据以字节为单位进行传输，先发送高位后发送低位。
每个字节传输完毕后，接收方必须发送一个ACK信号，之后可以继续发送下一个字节的数据，直到主设备发送停止信号。
3、I2C总线的设备寻址：
每次通信开始时，主设备会发送一个7位或10位的地址来指定与之通信的从设备。
地址之后还会发送一个读写位（R/W），指示是向从设备写入数据还是从中读取数据。
三、I2C总线的传输速率与模式
I2C总线支持多种传输速率模式，以适应不同的应用需求：
标准模式（Standard）：100kbps
快速模式（Fast）：400kbps
快速模式+（Fast-Plus）：1Mbps
高速模式（High-speed）：3.4Mbps
超快模式（Ultra-Fast）：5Mbps（单向传输）
四、I2C总线的应用场景
由于其简单、灵活和高效的特点，I2C总线被广泛应用于各种电子产品中，如传感器、LCD显示器、EEPROM、MPU6050等IMU传感器等。在四轴无人机等高级应用中，I2C总线也发挥着重要作用。
五、I2C总线的硬件实现
在硬件实现上，I2C总线通常采用开漏（Open-Drain）结构，以防止短路并支持“线与”功能。每条线上都需要一个外部上拉电阻，以确保在总线被释放时能够上拉至高电平。此外，还需要注意总线容性负载的影响，以确保总线正常工作。
