在硬件上，I2C總線是由時鐘總線SCL和數據總線SDA兩條線構成，連接到總線上的所有器件的SCL都連到一起，所有SDA都連到一起。I2C總線是開漏引腳并聯的結構，因此我們外部要添加上拉電阻。對于開漏電路外部加上拉電阻，就組成了線“與”的關系。總線上線“與”的關系就是說，所有接入的器件保持高電平，這條線才是高電平，而任何一個器件輸出一個低電平，那這條線就會保持低電平，因此可以做到任何一個器件都可以拉低電平，也就是任何一個器件都可以作為主機，如圖14-1所示，我們添加了 R63 和 R64 兩個上拉電阻。

圖14-1 I2C 總線的上拉電阻

雖然說任何一個設備都可以作為主機，但絕大多數情況下我們都是用單片機來做主機，而總線上掛的多個器件，每一個都像電話機一樣有自己唯一的地址，在信息傳輸的過程中，通過這唯一的地址就可以正常識別到屬于自己的信息，在 KST-51 開發板上，就掛接了2個 I2C 設備，一個是 24C02，一個是 PCF8591。

我們在學習 UART 串行通信的時候，知道了通信流程分為起始位、數據位、停止位這三部分，同理在 I2C 中也有起始信號、數據傳輸和停止信號，如圖14-2所示。

圖14-2 I2C 時序流程圖

從圖上可以看出來，I2C 和 UART 時序流程有相似性，也有一定的區別。UART 每個字節中，都有一個起始位、8個數據位、1位停止位。而 I2C 分為起始信號、數據傳輸部分、停止信號。其中數據傳輸部分，可以一次通信過程傳輸很多個字節，字節數是不受限制的，而每個字節的數據最后也跟了一位，這一位叫做應答位，通常用 ACK 表示，有點類似于 UART 的停止位。

下面我們一部分一部分的把 I2C 通信時序進行剖析。之前我們已經學過了 UART，所以學習 I2C 的過程我盡量拿 UART 來作為對比，這樣有助于更好的理解。但是有一點大家要理解清楚，就是 UART 通信雖然用了 TXD 和 RXD 兩根線，但是實際一次通信中，1條線就可以完成，2條線是把發送和接收分開而已，而 I2C 每次通信，不管是發送還是接收，必須2條線都參與工作才能完成，為了更方便的看出來每一位的傳輸流程，我們把圖14-2改進成圖14-3。

圖14-3 I2C 通信流程解析

起始信號：UART 通信是從一直持續的高電平出現一個低電平標志起始位；而 I2C 通信的起始信號的定義是 SCL 為高電平期間，SDA 由高電平向低電平變化產生一個下降沿，表示起始信號，如圖14-3中的 Start 部分所示。

數據傳輸：首先，UART 是低位在前，高位在后；而 I2C 通信是高位在前，低位在后。其次，UART 通信數據位是固定長度，波特率分之一，一位一位固定時間發送完畢就可以了。而 I2C 沒有固定波特率，但是有時序的要求，要求當 SCL 在低電平的時候，SDA 允許變化，也就是說，發送方必須先保持 SCL 是低電平，才可以改變數據線 SDA，輸出要發送的當前數據的一位；而當 SCL 在高電平的時候，SDA 絕對不可以變化，因為這個時候，接收方要來讀取當前 SDA 的電平信號是0還是1，因此要保證 SDA 的穩定，如圖14-3中的每一位數據的變化，都是在 SCL 的低電平位置。8位數據位后邊跟著的是一位應答位，應答位我們后邊還要具體介紹。

停止信號：UART 通信的停止位是一位固定的高電平信號；而 I2C 通信停止信號的定義是 SCL 為高電平期間，SDA 由低電平向高電平變化產生一個上升沿，表示結束信號，如圖14-3中的 Stop 部分所示。