关于SCL和SDA为什么都要拉高至电源电压

• 符合 I2C 总线开漏输出结构要求：I2C 是一种开放漏极（open - drain）或开集电极（open - collector）的通信协议，其 SCL 和 SDA 都是开漏输出结构。这意味着驱动器（主设备或从设备）只能将线拉低到低电平（逻辑 0），但不能主动将线拉高到高电平（逻辑 1）。上拉电阻的存在可以将信号线拉升至电源电压，在设备不驱动时使线路保持高电平，以满足 I2C 总线在空闲时信号线为高电平状态的要求。
• 防止信号线浮空：没有上拉电阻时，SCL 和 SDA 线在设备不驱动时可能处于不确定的浮空状态，这会导致信号电平不稳定，影响通信的可靠性。上拉电阻可以防止这种浮空状态，确保信号线有明确的电平，使电路能正常工作。
• 适应多设备通信：I2C 总线允许多个设备连接在同一条总线上，任何一个设备都可以驱动总线。上拉电阻使得每个设备在不工作时能保持总线的高电平，当多个设备同时连接到总线上时，不会因为某个设备处于高阻态而影响总线的电平状态，确保了通信的可靠性。
• 实现总线仲裁：I2C 支持多主多从，当多个主设备同时抢占总线时需要仲裁机制。I2C 总线是通过线与机制来实现总线仲裁的，在 I2C 协议中定义 SDA 为高电平时，说明总线空闲主设备可以占用总线，占用后将其拉低开始传输数据。SDA 为低电平期间，标志总线已经被一个主设备占用其余主设备将退出。由于有上拉电阻，默认状态下 SDA 是高电平表示总线空闲，当总线上的一个设备将 SDA 拉低后，由于线与逻辑，SDA 整条线都为低，其余设备就无法抢占总线了，从而达到了仲裁的效果。
• 简化电路设计：使用开放漏极或开集电极的驱动方式，设备只需要一个下拉开关来控制信号线的电平（拉低到地），而不需要额外的电路来推动信号线到高电平，电路更加简单，也减少了功耗。