I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线(一根数据线SDA,一根时钟线SCL)即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

在I2C总线中, 各部分器件如下:

主机初始化发送，产生时钟信号和终止发送的器件

从器件被主机寻址的器件

发送器发送数据到总线的器件

接收器从总线接收数据的器件

多主机同时有多于一个主机尝试控制总线但不破坏报文

仲裁是一个在有多个主机同时尝试控制总线，但只允许其中一个控制总线并使报文不被破坏的过程

同步两个或多个器件同步时钟信号的过程

主机用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件.在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送;如果主机要接收从器件的数据，首先由主机寻址从器件.然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下.主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

I2C协议有如下几个特点:

1.在硬件上，I2C总线只需要一根数据线和一根时钟线两根线，总线接口已经集成在芯片内部，不需要特殊的接口电路，而且片上接口电路的滤波器可以滤去总线数据上的毛刺.因此I2C总线简化了硬件电路PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。因为I2C芯片除了这两根线和少量中断线，与系统再没有连接的线，用户常用I2C可以很容易形成标准化和模块化，便于重复利用。

2.发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位，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。首先传输的是数据的最高位(MSB)，如果从机要完成一些其他功能后(例如一个内部中断服务程序)才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继续。

3. I2C总线是一个真正的多主机总线，如果两个或多个主机同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据破坏，每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作为主机也可以作为从机，但同一时刻只允许有一个主机。数据传输和地址设定由软件设定，非常灵活。总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作。

4. I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(可以从I2C器件的数据手册得知)，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把CPU带I2C总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。

I2C协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生。总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件;当SCL为高而SDA由低到高的跳变，表示产生一个停止条件。在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，其他I2C器件无法访问总线;而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态。

I2C的通讯都由主机发起，clk为高电平时，sda从高到低; 从器件发现这样一组信号，就认为主机要开始操作自己了，做好接收的准备工作。主机发送了开始位后，把clk拉低，只有clk拉低，sda才可以做高低变化; 当clk被拉高时，从器件就会去读取sda的高低电平值;clk再次被拉低时，从器件认为此位已读取完毕，认为是有效位，等待clk再次拉高，读取下一位。

主机发送完8位后，第9位是校验位，读取到低电平为有效;主设备把clk拉低，sdaio换成输入模式(上拉电阻，默认高电平)读取第9位，clk再次拉高，读取从设备发来的校验位。

如图所示时序图

对I2C总线的操作实际就是主从设备之间的读写操作。大致可分为以下三种操作情况：

第一种，主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

第二种，主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：

第三种，主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据;或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

第三种操作在单个主设备系统中，重复的开启起始条件机制要比用STOP终止传输后又再次开启总线更有效率。