I2Cは通信規格の1つで，主にマイコンとその周辺機器の通信に使われます．
この記事ではI2Cの通信の仕組みについて解説していきます．
目次
I2Cとは？
I2C（Inter-Integrated Circuit）は，Philips Semiconductors社（現在のNXP Semiconductors社）が開発した通信規格です．
IC間の通信を担い，マイコンとその周辺機器（EEPROMなど）の通信でよく使われます．
I2Cは「アイツーシー」や「アイスクエアドシー」などと読みます．
また，I2CはInter-ICと表記されることもあります．
I2Cの仕様は，NXP Semiconductors社がUM10204 I2C-bus specification and user manualという文書で公開しています（会員登録が必要です）．
現在，I2CはSPIと並んで事実上の業界標準（デファクトスタンダード）となっています．
I2Cの概要
I2Cでは，SDAとSCLの2本の信号線を用いて通信を行います．
SDAはSerial Dataの略で，データ用の信号線です．
SCLはSerial Clockの略で，クロック用の信号線です．
また，それぞれの信号線にはプルアップ抵抗を接続します．
I2Cでは，デバイスはその役割によってマスタとスレーブに分けられます．
マスタは通信の開始，クロック信号の生成，通信の終了を行います．
マスタはスレーブが持つスレーブアドレスを指定することで特定のスレーブと通信します．
マスタとスレーブの動作の例：
マスタからスレーブにデータを送信するとき
- マスタが通信を開始する
- マスタがスレーブアドレスを指定する
- マスタからスレーブにデータを送信する
- マスタが通信を終了する
マスタがスレーブからデータを受信するとき
- マスタが通信を開始する
- マスタがスレーブアドレスを指定する
- マスタがスレーブからデータを受信する
- マスタが通信を終了する
I2Cの出力端子はオープンドレインになっています．
I2Cの仕組み
データ転送
I2Cでデータ転送を行うとき，SDAとSCLはそれぞれ次のように動作します．
SCL=HIGHのときのSDAの信号がデータになります．
この図のように，SCL=HIGHのときにSDAを変化させてはいけません．
START ConditionとSTOP Condition
通信開始の合図としてSTART Condition，通信終了の合図としてSTOP Conditionを使います．
SCL=HIGHのときに：
- SDAをHIGH→LOWとしたらSTART Condition
- SDAをLOW→HIGHとしたらSTOP Condition
となります．
通信はSTART Conditionで開始し，STOP Conditionで終了します．
アクノリッジ（ACK）とノットアクノリッジ（NACK）
受信側はデータの受信後，データが正常に受信できたことを送信側に伝えます．この信号がアクノリッジ（ACK）です．
受信側がデータを受信できなかった時は，ACKを送信しません．これをノット・アクノリッジ（NACK）と呼びます．
バイトフォーマット
I2Cでの通信は次のように行います．
- マスタがSTART Conditionを発行
- マスタがスレーブアドレス（7ビット）を送信
- マスタがR/Wを送信
- スレーブアドレスが一致したスレーブがACKを返す
R/W=0のとき（マスタが送信側）
- マスタがデータ（8ビット）を送信
- スレーブがACKを返す
- 5に戻る or マスタがSTOP Conditionを発行
R/W=1のとき（スレーブが送信側）
- スレーブがデータ（8ビット）を送信
- マスタがACKを返す
- 5に戻る or マスタがSTOP Conditionを発行
*スレーブアドレス，データともにMSBファースト（最上位ビットから最下位ビットの順）で送信します．
I2Cの使い方
ArduinoでI2Cを使う方法はこちらを参考にしてください。
EEPROMをI2Cで使う方法はこちらを参考にしてください．