1.I2C介绍
I2C是一种多主机、两线制、低速串行通信总线，广泛用于微控制器和各种外围设备之间的通信。它使用两条线路：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）进行双向传输。
2.时序
启动条件：SCL高电平时、SDA由高电平变为低电平
停止条件：SCL高电平时、SDA由低电平变为高电平
除此之外，不允许在SCL高电平时变换SDA电平。
数据传输：
主机发送起始信号后，通信开始，每次传输一字节数据，传输完毕后应答（ACK）
主机拉低SCL电平，此时可改变SDA的电平
主机拉高SCL电平，此时开始读取SDA电平
如此重复8次，一字节数据传输完毕，数据接收方在下一个CLK低电平在SDA上进行应答，0代表数据接收成功，1数据接收失败或通信结束。
3.通信时序
如图，主机发送完起始信号后，再次拉低SCL，并改变SDA的电平为0或1，电平改变完成后，主机拉高（释放）SCL，代表此时从机可以读取SDA数据，之后主机再拉高SLC重复操作，如此重复8次，就发送了一个字节。
主机发送完字节最后一位数据后，拉高（释放）SCL等待从机读取完成，然后拉低SCL（代表主机准备好接受ACK）并且拉高（释放）SDA，将SDA的控制权交给从机，此时收到该数据的从机会对SDA进行操作，0（拉低SDA）代表存在从机收到该字节数据，可以继续发送数据，1（拉高，或者无从机操作SDA）代表从机数据接收完毕或根本没有从机，主机发送停止信号结束通信。
读取与写入数据
仔细研究以上通信时序，我们发现时序为
Start（起始信号）+8位数据+ACK（应答）+Stop（结束信号）
那么我们怎么知道主机跟从机通信是要读取数据还是写入数据呢？
实际使用中，我们会按照约定格式进行通信。
①读取数据
a.主机发送一个起始信号Start
这时通信总线上的设备准备接受数据
b.接着发送7位从设备ID＋读写位（0写1读）
从机开始解析数据，发现该ID是自己ID那就发送ACK（0，代表有从机对SDA进行了操作）拉低SDA线，继续进行通信。
如果SDA保持1，即没有任何从机作出反应，那主机就发送Stop信号结束通信
c.发送要访问的从设备寄存器地址
主设备告诉从设备我要访问你该地址的数据，从设备收到地址后再次回应一个ACK（拉低SDA，告诉主设备我收到地址数据了）
d.根据之前发送发送的读写位进行数据交换
如果是7位地址＋0，即写操作，则数据为主机发送给从机，从机接收到后回复一个ACK（0，即有从机拉低SDA），直到主机发送完成，产生一个Stop信号。
如果是7位地址＋1，即读操作。则此时数据为从机发送给主机，主机接收完后向从机发送ACK位，当主机读取完成后就产生一个NACK(1),之后发送Stop信号结束通信。
e.产生一个结束信号Stop
主机在SCL高时拉高SDA（本质上为释放SCL与SDA两条线路，即不对该两条线路产生任何操作）
线与特性：
I2C的时钟线（SCL）与数据线（SDA）都使用开漏输出（OD）+上拉电阻的方式进行驱动，即线上连接的IO口全都只有拉低电平的能力，当线上连接的任意一个引脚输出低电平时，整条线路都会接地处于低电平状态。而IO口输出高电平时，引脚处于浮空状态，此时线上为高电平，但只要线上连接的任意一个IO口处于低电平，那整条线路都会处于低电平。
| 主机引脚电平 | 从机引脚电平 | 传输线电平 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
为何使用开漏输出上拉电阻？
既然都是简单的电平变换，那为什么I2C要使用开漏输出呢？直接使用推挽输出，不但省下一个上拉电阻，IO口还不会因上拉电阻影响到传输速率不是更好吗？这是我们就要仔细研究一下I2C时序了。
I2C因为被设计运用在多主机多从机的场景，所以不可避免地会遇到一个问题——总线冲突。
若因某种原因时序混乱导致一个IO口输出高电平，一个输出低电平，那么就会出现短路现象，有烧坏设备的风险。
正点原子软件模拟I2C引脚使用推挽输出？
那么问题来了，正点原子例程中软件模拟I2C的GPIO配置代码如下：
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5;
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
我们惊讶的发现，他们将引脚的输出方式设置为了推挽输出，这是为什么？
查阅了资料，理由如下：
1.该例程的使用场景为单主-单从，即整条线上只有一个主机、一个从机，SCL不存在争抢控制权的现象。
2.在主机交出SDA控制权时，SDA引脚被设置为了输入模式
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA输入模式
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL(0);
delay_us(2);
IIC_SCL(1);
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();
else
IIC_Ack();
return receive;
}
输入模式时，主机SDA引脚浮空,只对SDA上的电平进行读取，此时从机改变SDA上的电平是安全的。
综上，使用推挽输出只适用于单主从模式，并且该方式需要对SDA输入输出状态进行切换。
问题探究：
1.推挽模式读取引脚状态需要改变引脚输入输出状态，开漏难道不需要吗？
请看GPIO基本构造：
如图所示STM32引脚输出靠下方的两个MOS管进行强上拉、下拉。当使用推挽输出时会用到两个MOS管，无论输出高电平还是低电平会是引脚保持强上拉、下拉状态，因此引脚输出高电平就会读到高电平，引脚输出低电平就会读到低电平。
而使用开漏输出时只会用到下方连接GND的NMOS管，也就是说该模式只有强下拉，如果给引脚输出高电平，那么此时引脚实际处于浮空状态，受连接线上的电平影响，此时读取的电平即为连接线上的电平。