参考链接：I2C通信的详细讲解
概念：
I2C Bus(Inter-Integrated Circuit Bus，即集成电路总线) 最早是由Philips半导体（现被NXP收购）开发的两线时串行总线，常用于微控制器与外设之间的连接。
特征：
1. 物理接口： SCL + SDA
（1）SCL（serial clock）:时钟线，传输CLK信号，一般是I2C主设备向从设备提供时钟的通道。
（2）SDA（serial data）：数据线，通信数据都通过SDA线传输
2. 通信特征：串行、同步、非差分、低速率
（1）I2C属于串行通信，所有的数据以位为单位在SDA线上串行传输。
（2）同步通信就是通信双方工作在同一个时钟下，一般 通信的A方通过一根CLK信号线传输A自己的时钟给B，B工作在A传输的时钟下。所以同步通信的显著特征就是：通信线中有CLK。
（3）非差分。因为I2C通信速率不高，而且通信双方距离很近，对干扰不敏感，所以使用电平信号通信。
（4）低速率。I2C一般是用在同一个板子上的2个IC之间的通信，而且用来传输的数据量不大，所以本身通信速率很低（一般几百KHz，不同的I2C芯片的通信速率可能不同，具体在编程的时候要看自己所使用的设备允许的I2C通信最高速率，不能超过这个速率）
3. 突出特征1：主设备+从设备
（1）I2C通信的时候，通信双方地位是不对等的，而是分主设备和从设备。通信由主设备发起，由主设备主导，从设备只是按照I2C协议被动的接受主设备的通信，并及时响应。
（2）谁是主设备、谁是从设备是由通信双方来定的（I2C协议并无规定），一般来说一个芯片可以只能做主设备、也可以只能做从设备、也可以既能当主设备又能当从设备（可以根据谁控制了SCL来判定谁是主设备）。（像一些传感器芯片设计的时候只能做从设备，有的芯片本身既可以当主设备又可以当从设备，通过软件来配置是主设备还是从设备）
4. 突出特征2：
（1）I2C通信可以一对一（一个主设备对1个从设备），也可以一对多（一个主设备对多个从设备）
（2）主设备负责调度总线，决定某一时间和哪个从设备通信。注意：同一时间内，I2C的总线上只能传输一对设备的通信信息，所以同一时间只能有一个从设备和主设备通信，其他从设备处于“冬眠”。不能出来捣乱，否则通信就乱套了。
（3）每一个I2C从设备在通信中都有一个I2C从设备地址，这个设备地址是从设备本身固有的属性，然后通信时主设备需要知道自己将要通信的那个从设备的地址，然后在通信中通过地址来甄别是不是自己要找的那个从设备。
总线速度：
双向传输总线：
标准模式（Standard-mode）:速率高达100kbit/s
快速模式（Fast-mode）:速率高达400kbit/s
快速模式+（Fast-mode Plus）:速率高达1Mbit/s。
高速模式（High-speed mode）:速率高达3.4Mbit/s
单向传输总线：
超快速模式（Ultra Fast-mode）:速率高达5Mbit/s
停止与起始：
起始和终止信号都是由主机（master）发起产生。
起始信号：SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换。
停止信号：SCL线是高电平时，SDA线从低电平向高电平切换。
字节格式：
SDA数据线上的每个字节必须是8位，每次传输的字节数量没有限制。每个字节后必须跟一个响应位（ACK）。
首先传输的数据是最高位（MSB)，SDA上的数据必须在SCL高电平周期时保持稳定，数据的高低电平翻转变化发生在SCL低电平时期。
CLK上升沿锁存数据，CLK上升沿到来前SDA要提前准备好数据。
I2C数据传输格式（数据位&ACK）：
（1）每一个通信周期的发起和结束都是由主设备来做的，从设备只有被动的响应主设备，没法自己自发的去做任何事情。
（2）主设备在通信周期会先发8位的从设备地址（其实8位中只有7位是从设备地址，还有1位表示主设备下面要写入还是读出）到总线（主设备是以广播的形式发送的，只要是总线上的所有从设备其实都能收到这个信息）。然后总线上的每个从设备都能收到这个地址，并且收到地址后和自己的设备地址比较看是否相等。如果相等说明主设备本次通信 就和给我说话，如果不相等说明这次通信与我无关，不用听了不管了。
（3）发送方发送一段数据后，接收方需要回应一个ACK。这个响应本身只有1个bit位，不能携带有效信息，只能表示2个意思（要么表示收到数据，即有效响应；要么表示未收到数据，无效响应），需要注意的是，到第九个周期的时候，主设备会释放SDA，即让其变为高电平，从设备会主动来拉低SDA，主设备会读取此时的SDA，若读取此时的SDA为低则表示从设备已经收到刚刚发送的信息，若读取此时的SDA为高则表示从设备没有收到刚刚发送的信息。
（4）在某一个通信时刻，主设备和从设备只能有一个在发（占用总线，也就是向总线写），另一个在收（从总线读）。如果在某个时间主设备和从设备都试图向总线写那就完蛋了，通信就乱套了。
I2C通讯的时候每次发送的数据固定为9位，前8位为数据，最后1位为应答位。
应答信号分类：写应答、读应答和停止读写应答
写应答：
Master向Slave写完数据的后，Slave向Master发送的位，因此Master写完8个位以后必须等待第9位的应答信号，如果没有应答代表通讯异常。
其信号格式：在SCL高的时候判断SDA是否为低，是低那么有应答，是高那么通讯异常，必须结束通讯。
读应答：
Master读完Slave的8个数据后，Master发送给Slave的位，Master读完8个位数据后必须发送这个位。
信号格式：继续读写应答是在SCL高的时候Master拉低SDA（发送一个起始信号），停止读写应答是在SCL为高的时候拉高SDA。
参考链接：https://wenku.baidu.com/view/30c7ba1b227916888486d724.html
数据在总线上的传输协议:
（1）I2C通信时的基本数据单位也是以字节为单位的，每次传输的有效数据都是1个字节（8位）。
（2）起始位及其后的8个clk中都是主设备在发送（主设备掌控总线），此时从设备只能读取总线，通过读总线来得知主设备发给从设备的信息；然后到了第9个周期，按照协议规定从设备需要发送ACK给主设备，所以此时主设备必须释放总线（主设备把总线置为高电平然后不要动，其实就类似于总线空闲状态），同时从设备试图拉低总线发出ACK。如果从设备拉低总线失败，或者从设备根本就没有拉低总线，则主设备看到的现象就是总线在第9周期仍然一直保持高，这对主设备来说，意味着我没有收到ACK，主设备就认为刚才给从设备发送的8字节不对（接收失败）。
（3）由于I2C的速率很低，完全可以通gpio来模拟。