I2C是什麼？

I2C，又稱 I²C(Inter-Interated Circuit)，在 I2C 的通訊協定中，收發資料只單純靠兩條線就能完成，分別為 SCL(serial clock) 以及 SDA(serial data)，但比較特別的是 I2C bus 上所連接的裝置都是 open-drain 的方式來驅動信號的，那跟一般的數位邏輯輸出電路有著甚麼樣的差異呢？

一般的數位邏輯輸出電路會有分別把電位拉到 high 及 low 的兩顆電晶體，但是 open-drain 驅動的電路則是只有負責把電位拉到 low 的電晶體，而高電位則是由外部的上拉電阻負責輸出。

那這樣一條 clk 一條 data 要如何溝通呢？就是因為只有一條資料線，所以每個裝置端的 SDA 都可以是雙向溝通的，它既可以當輸入也可以當輸出，需要 "0" 時把電位拉到 "0"，需要 "1" 時輸出高阻抗，此時裝置與 BUS 端有如斷路，讓上拉電阻到 Vcc 來提供 "1"。

圖片來源

I2C 的 Timing Diagram

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I2C bus 上的邏輯訊號有幾個原則：

• 當未傳輸時（IDLE 狀態）　，SCL 和 SDA 都會維持在 high 電位。
• SCL 為 high 時，表示 SDA 上的資料為有效，此時 SDA 的值不能改變，以確保可以收到到正確的 SDA 狀態
• SCL 為 low 時，SDA 的狀態可以改變
• 當 SCL 為 high 時，如果 SDA 變動，只有兩種情況：
  • SDA由 "1" 變 "0" ---> START
  • SDA由 "0" 變 "1" ---> STOP

Acknowledge

當每 8 bit 資料傳輸完後，會跟隨著 1 bit 的 ACK，這是在確保兩端的接收狀況是否正常。

• 如果是 master 傳資料給 slave ：此時 ACK 會來自 slave 端，以此告訴 master 端它有收到資料（通常用於對 slave 下 instructions）。
• 如果是 master 想要向 slave 端索取資料時，舉個例子，例如讀取記憶體資料：master 會先 slave 傳送想讀取的記憶體"位址"，接著 slave 端會先 ack 回去表示有收到此位址，接著傳出記憶體位址上的 data 給 master，那麼傳了 8 bit 後，master 會 ACK 回去，以表示有收到資料，可以繼續傳，那麼 slave 端就會繼續傳，再過了 8 bit，此時如果傳輸要結束的話則 master 不會 ACK 回去，而這個動作也稱 non-ACK，以此告訴 slave 端這次的傳輸到此為止結束了，完成這次通訊。

I2C如何選擇晶片的呢？

在 master 要與 BUS 上的其中一個 slave 溝通時，會先將要溝通 chip 的 address 透過 SDA 傳輸到 BUS 上，此時如果 address 沒錯的話，那麼該 slave 會在第八個 SCL 週期結束後把 SDA 拉下來，而 master 端會在 SCL 進入第九個週期前去讀取 SDA 是否為 low ，為 low 的話就會開始一連串 handshake 式的傳輸動作，若沒有拉為 low(non-ACK)，則出現問題，可能 slave 根本不在 BUS 上或是 slave 端的 address 打錯了都有可能。

因為 I2C 這個通訊協定比較複雜一點點，提前要知道的觀念比較多，程式也比較複雜，所以這次的 I2C 實作分成了四天~~