大家可能从日益增多的电子产品广告中了解到“I\(^{2}\)C总线控制”这个名词（尤其是在电视产品中），知道它是一种先进的控制技术。它究竟是一种怎样的控制技术呢？现就笔者通过自己的工作对I2C总线认识，向大家作一简单的介绍。
目前被采用的I\(^{2}\)C总线主要有两个规范：一个是日本索尼公司提出的；另一个是荷兰飞利浦公司提出的。现在被广泛采用的是飞利浦公司的I2C总线技术规范，它已逐渐成为一个总线标准为微电子行业所认可，并广泛应用于消费类电子产品、通信系统产品及比较简单的自动化控制设备和仪器仪表中。
I\(^{2}\)C总线可以简单地理解为“完成集成电路或功能单元之间信息交换的规范或协议”。它的突出特点是将各电路单元划分为功能相对独立的模块，I2C总线的接口电路做在集成电路内部，可由软件进行系统的控制。中央微处理器可以把功能单元挂靠或摘离总线，可以完成对功能单元故障的检测，并给消费者以信息的提示。正由于I\(^{2}\)C总线上述的特点给整机生产厂家的产品设计、调试及更新换代创造了极为有利的条件，这也是它被电子行业广泛采用的重要原因之一。
一、I\(^{2}\)C总线的基本概念
I\(^{2}\)C总线是一种串行的时钟数据总线，能承受任何的IC制作工艺（NMOS、CMOS双极性等），与其相连的微处理器、集成电路和功能单元之间的通信仅通过两条线完成：一条是串行的时钟线SCL（Serial clock line），一条是串行的数据线SDA(Serial data line)。在一个整机产品中，微处理器、集成电路和功能单元等都有一个唯一的识别地址，它们既能充当主控器或被控器，又能充当发送器或接收器，这完全取决于软件设计人员的设计。串行总线虽然没有并行总线的输入输出能力，但它只需要很少的连线和引脚。
I\(^{2}\)C总线中的一些常用术语：
发送器：向总线上发送信息的功能单元。
接收器：从总线上接收信息的功能单元。
主控器：开始一次新的传输，产生时钟，并终止一次传输的功能单元。
被主控器：被主控器寻址的功能单元。
仲裁：当几个主控器都想发送数据时，它只允许一个主控器发送数据，并保证传输的正确性的过程。
同步：对多个主控器的时钟信号进行同步处理的过程。
I\(^{2}\)C总线是多主控器总线，这意味着可以有多个有主控能力的器件连接到总线上。但其上的时钟信号总是由一个主控器产生的，因此这就有多个主控器抢线的问题，即需要进行总线占用的仲裁，有关这方面的问题将在下面进行论述。
二、I\(^{2}\)C总线的接口特性
I\(^{2}\)C总线的数据线和时钟线都是双向传输的，经上拉电阻接到高电平。当总线处于空闲状态时，这两条线均保持高电平。连接到总线上的器件的输出级必须是集电极开路或漏极开路，用以产生“线与”功能，其参考原理图见图1。
三、I\(^{2}\)C总线的数据特性
数据合法性分析：在时钟信号（SCL）处于高电平期间，数据线（SDA）上的数据必须是稳定的；数据线（SDA）上的数据只有在时钟线为低电平状态时，才可以改变。其参考波形见图2。
数据状态分析：在I\(^{2}\)C总线的技术规范中，有两个特定状态分别被定义为“开始”和“终止”。当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA从由高电平变为低电平，为开始状态；当时钟线为高电平时，数据线由低电平变为高电平，为终止状态，其参考波形见图3。
数据传输分析：在I\(^{2}\)C总线上的每一字节必须为8bit（至少目前是这样），每一次可传送的字节数从理论上说是没有限制的。每个传送的字节后必须跟随一个应答位（ACK），I2C总线的数据是以最高有效位（MSB）优先传送的。譬如说某个集成电路正忙于处理内部数据，而必须暂停主控器发来的数据，它可以通过保持时钟线处于低电平状态，从而迫使主控器暂时处于等待状态；当此集成电路完成内部处理准备接收新数据时，它可以释放时钟线使其处于高电平，进行数据的传输。
在标准工作方式下，I\(^{2}\)C总线上的传输速率为100kbit/s，在快速方式下，其传输速率可达400kbit/s，连接到系统总线上的元器件数量只受400pF的总线电容的限制。
四、I\(^{2}\)C总线的仲裁
由于I\(^{2}\)C总线具有多主控能力，因此就有多个主控器同时想占用总线的问题，这就需要进行总线的仲裁。在I2C串行数据总线上的仲裁原则是这样的：当多个主控器想同时占用总线时，假若其中有一个主控器发送低电平，另外发送高电子的主控器就应该关闭其数据输出级，因为此时SDA线上的电平与其不符。由此可见I\(^{2}\)C总线的控制完全取决于寻址和发送数据的竞争。因此严格来说，在I2C总线系统中，既无中央控制器又无任何优先级。（孙士华）