I2C通讯协议引脚少,硬件简单,可扩展性强,不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯.
I2C物理层的特点
1.它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯协议中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
2.一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线（SDA）,一条串行时钟线（SCL）。数据线用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
3.每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址（七位或者十位，一条总线上的地址位数要一样）进行不同设备之间的访问。
4.总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态（电阻大，可以看做断路，防止设备间短路），当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
5.多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会使用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
高阻态表示总线空闲可以与从设备通信，当总线低电平时，表示总线繁忙（被占用），不能与其他从设备通信
6.具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s,快速模式为400kbit/s,（100到400之间即可）高速模式下可达3.4Mbit/s,但目前大多I2C设备不支持高速模式。
7.连接到相同总线的IC数量收到总线的最大电容400pF限制。
I2C的协议层
I2C的协议层定义了通讯的起始信号和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、同步时钟和地址广播等环节。
1. I2C基本读写过程
主机写数据到从机：
主机发送起始信号和从机地址以及写信号，相应从机地址接受到信号后发送应答信号，主机接受到应答信号后开始发送一个数据，从机接受到信号后发送应答信号，不断重复，到达指定位数的数据后，从机发送非应答信号，主机接受到信号后发送截止信号通讯结束。
主机由从机中读数据：
读写标志位改变，第一个应答不变，后面应答和数据反向，其余一样。
通讯复合格式：一般用在访问从机特定地址的数据（数据由主机到从机）
主机发送起始信号、从机地址、读写模式（一般是写方向）后，相应从机应答(A)，主机继续发送从机地址内的内存地址（data），从机继续应答,主机重复发起起始信号、从机地址、读写模式（一般来说和最开始的信号一致，读写方向变成读方向），从机应答，主机开始发送数据。
2.通讯的起始和停止信号以及信号有效性
1.串行时钟线（SCL）用于产生规则的高低电平，当高电平时，接收来自数据线（SDA）上的信号（起始信号停止信号或者0、1数据），低电平时屏蔽数据线信号（数据线信号此时可以切换电平）。每个时钟周期传输一位数据。
2.数据线（SDA）电平由高到低表示起始信号S，由低到高表示停止信号P。
3.起始信号和停止信号一般由主机产生。
3.地址及数据方向
1.I2C总线上的每个设备都有自己独立的地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址（SLAVE_ADDRESS）来查找从机。设备地址可以是7位或者10位。
2.紧跟设备地址的一个数据位R/W用来表示数据传输方向，数据方向为“1”时表示主机由从机读数据，为“0”时表示主机向从机写数据。
3.高位先行，数据从高位到低位一位一位发送。
4.响应
I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答（NACK）”两种信号。
传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA,若SDA为高电平，表示非应答信号（NACK）,低电平表示应答信号（ACK）。默认为非应答。
STM32的I2C特性及架构
软件模拟协议：使用CPU直接控制通讯引脚的电平，产生符合通讯协议标准的逻辑。
硬件实现协议：由STM32的I2C片上外设专门负责实现I2C通讯协议，只要配置好外设，他就会自动根据协议要求产生通讯协议，只要配置好该外设，他就会自动根据要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种由硬件外设处理I2C协议的方式减轻了CPU的工作，且使软件设计更加简单。
STM32的I2C外设可用作通讯的主机及从机，支持100kbit/s和400kbit/s的速率，支持7位、10位设备地址，支持DMA传输，并具有数据校验功能。
STM32的I2C架构剖析
数据控制逻辑
I2C的SDA信号主要连接到数据移位寄存器（八位）上，数据移位寄存器的数据来源及目标是数据寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA数据线。
当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“数据寄存器”为数据源，把数据一位一位地通过SDA信号线发送出去；
当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把SDA信号线采样到的数据一位一位地存储到“数据寄存器”中。
比较器：用于比较主机发送的地址与从机地址是否一样，决定是否响应通讯请求（监听主机的广播）。从机地址可以写入地址寄存器也可以写入双地址寄存器。
整体控制逻辑
控制寄存器（I2C_CR）
第十位应答使能，0表示无应答，1表示在接收到一个字节后返回一个应答（匹配到地址或者数据）
第九位：停止条件产生stop
第八位：起始条件产生start
状态寄存器（I2C_SR）
判断是否有应答，数据寄存器是否为空、地址是否被发送，总线是否被占用等。
STM32的I2C通讯过程
在使用I2C外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器（SR1及SR2）”的不同数据位写入参数，通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。
1.主发送器
1.控制产生起始信号(S)，当发生起始信号后，它产生事件“EV5”，并会对SR1寄存器的“SB”位置1，表示起始信号已经发送；
2.发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”及“EV8”，这时SR1寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置1，ADDR 为1表示地址已经发送，TXE为1表示数据寄存器为空；
3.往I2C的“数据寄存器DR”写入要发送的数据，这时TXE位会被重置0，表示数据寄存器非空，I2C外设通过SDA信号线一位位把数据发送出去后，又会产生“EV8”事件，即TXE位被置1，重复这个过程，可以发送多个字节数据；
4.发送数据完成后，控制I2C设备产生一个停止信号§，这个时候会产生EV2事件，SR1的TXE位及BTF位都被置1，表示通讯结束。
2.主接收器
1.起始信号(S)是由主机端产生的，控制发生起始信号后，它产生事件“EV5”，并会对SR1寄存器的“SB”位置1，表示起始信号已经发送；
2.发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”这时SR1寄存器的“ADDR”位被置1，表示地址已经发送。
3.从机端接收到地址后，开始向主机端发送数据。当主机接收到这些数据后，会产生“EV7”事件，SR1寄存器的RXNE被置1，表示接收数据寄存器非空，读取该寄存器后，可对数据寄存器清空，以便接收下一次数据。此时可以控制I2C发送应答信号(ACK)或非应答信号(NACK)，若应答，则重复以上步骤接收数据，若非应答，则停止传输；
4.发送非应答信号后，产生停止信号§，结束传输。