串口的缺点
串口的缺点主要在于其复杂的连接方式，当需要三个或更多设备之间进行两两通信时，串口连接会显得非常复杂。相比之下，I2C等通信协议在设备连接和通信方面提供了更简洁、高效的解决方案。
具体来说，串口通信通常需要使用多根信号线来连接每个设备，这导致了线路数量的增加和连接复杂度的提升。而I2C等协议则通过更少的线路（如I2C仅需两根线）实现了设备之间的通信，大大简化了连接方式，降低了制造成本，并提高了系统的可靠性。
因此，在需要多个设备之间进行通信的场合，串口通信的复杂性可能会成为其应用的瓶颈，而I2C等协议则因其简洁、高效的特性而得到更广泛的应用。
I2C基本电路结构
I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种由Philips公司（现NXP恩智浦半导体）开发的简单、双向二线制同步串行总线。I2C总线只需要两根线（数据线SDA和时钟线SCL）即可在连接于总线上的器件之间传送信息。它支持多主从架构，即总线上可以有多个主设备和从设备。每个连接在I2C总线上的器件都有一个唯一的地址，用于识别和数据传输。
每一个从机设备有一个7位的地址，所以从机的数量从0—127，一共128个设备。除去特殊的地址，可以控制的从机有100+，这个数量相当客观。
数据线
（SDA，Serial Data Line）：
- SDA是I2C总线中的串行数据线，用于在主设备和从设备之间传输数据。
- 它是双向的，意味着数据可以在主设备和从设备之间双向传输。
- 在数据传输过程中，SDA上的数据在SCL的高电平期间被写入或从从设备中读出。
时钟线
（SCL，Serial Clock Line）：
- SCL是I2C总线中的串行时钟线，负责传输时钟信号。
- 主设备控制时钟线SCL，决定I2C的波特率，即数据传输速率。
- SCL与SDA配合，实现数据的同步传输。
时钟线是传输时钟信号的，只能由主机发向从机，时钟信号的频率决定了数据发送的速度，数据线上的数据信息是双向的可以从主机发到从机，也可以从从机发到主机。
逻辑线与
I2C中的逻辑线与是指，当SDA或SCL总线上所连的任意设备发送低电平时，整个总线就会变为低电平。这是I2C协议的基础，并且实现了总线仲裁的功能。
具体来说，I2C总线使用两根信号线进行通信：一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。输出电路通常采用开漏结构，即输出高电平时不直接驱动线路，而是靠外部上拉电阻将线路拉至高电平；输出低电平时则直接驱动线路至低电平。
由于这种开漏结构和外部上拉电阻的配置，当总线上只要有一个设备输出低电平时，整条总线就会处于低电平状态，这就是所谓的“线与”逻辑。这种逻辑不仅简化了设备之间的连接，还实现了总线仲裁的功能，即当多个设备同时尝试控制总线时，通过检测SDA和SCL上的总线电平和自身要发送的总线电平是否一样，来判断是否发生总线冲突，并遵循低电平优先的原则来决定哪个设备掌握总线的控制权。
时钟信号产生
时钟信号是由主机产生的，在主机发送时钟信号的时候从机的SCL处于高阻抗状态（输出1），主机SCL交替输出0和1，这样在线路中产生了时钟信号。
数据信号的产生和时钟产生原理是一样的，只不过由主机单向变为了双向传输。
通信协议
通信基本流程
首先由主机在总线（SCL）发送一个起始位，紧接着主机从总线发送一个7位地址和一个读写信息来寻找从机并确定数据是从主机发送到从机还是主机读取从机的数据（从数据线路完成），当数据传输完毕，主机在总线上发送一个停止位来结束数据的发送。
数据帧格式
I2C的数据帧格式主要包括起始条件、设备地址、读写位、数据位和应答位（ACK/NACK）等部分。
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起始位（Start Condition）：
起始条件用于初始化I2C通信。在SCL线为高电平时，SDA线从高电平变为低电平，表示通信的开始。 -
设备地址（Device Address）：
起始条件之后，主设备会发送一个7位或10位的设备地址来唯一标识目标从设备。7位地址后紧接着的第8位是读写位（R/W），0表示写操作，1表示读操作。 -
数据位（Data Bits）：
每个数据帧可以包含多个字节的数据。每个字节由8位数据位组成，从最高位（MSB）开始发送。 -
应答位（ACK/NACK）：
每接收一个字节的数据后，接收设备会发送一个应答位（ACK）表示数据已成功接收，准备接收下一个字节；或者发送一个非应答位（NACK）表示数据未成功接收或不需要接收更多数据。 -
停止位（Stop Condition）：
停止条件用于终止I2C通信。在SCL线为高电平时，SDA线从低电平变为高电平，表示通信的结束。 -
时钟信号（SCL）：
虽然时钟信号不属于数据帧格式的一部分，但它是I2C通信中不可或缺的元素。数据位和应答位都是在时钟信号的同步下进行传输的。
总的来说，I2C的数据帧格式是一种结构化的数据传输方式，它通过起始条件、设备地址、读写位、数据位和应答位等部分来实现主设备和从设备之间的同步、双向通信。
起始位、停止位
寻址、应答位
0x78转换为二进制01111000，最后一位用读写位填充，读为1。当主机发送数据到应答位时自动的释放了SDA（降SDA设置为高阻抗模式），这时SDA处于高电压主机等待从机响应，当从机响应会吧SDA拉为低电平，这时主机就知道从机接收到了数据并响应。
数据发送
主机向从机发送数据，当发送到校验位时主动释放SDA，从机响应拉低SDA；从机向主机发送数据流程相反。
