学习篇| IIC通讯原理及相关尝试和实验

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eefishing 发布时间：2020-2-11 22:20

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I2C两线式串行总线通讯协议，它是由飞利浦开发的，主要用于连接微控制器及其外围设备之间，它是由数据线SDA和信号线SCL构成的，可发送和接收数据即在MUC和I2C设备之间，I2C和I2C之间进行全双工信号传输，高速I2C总线一般可达到400kbps。一般我们也称为TWI接口。

I2C支持多主机模式：

即在这个主线上可以挂载n个I2C外设。

对于I2C协议，其实也很简单，不要想的那么复杂，其实就是电平的变换。我们可以人为的分为6个部分

整体时序图：

各状态：

空闲状态5 L( h/ R9 Z! I8 n# P

I2C总线的SCK和SDA两个线同时处于高电平的时候，规定为总线的空闲状态，这个就是由总线上的上拉电阻把电平拉高的。

起始信号8 Z/ P' \3 t0 t1 Y

当SCL为高电平期间，SDA由高电平变成低电平，即为起始信号。启动信号是一种电平跳变时序信号，不是一个电平信号。

停止信号+ a! C, l' u: p+ u5 Y8 y

当SCL为高电平期间，SDA由低电平变为高电平，即为停止信号。停止信号也是一种电平跳变时序信号，不是一个电平信号。

应答信号
; ~$ w) q5 |5 c7 w4 M8 _. H0 m3 T" m$ [

发送器每发送一个字节（8bit）数据，就在时钟脉冲（SCL）9期间释放数据线（SDA），再由接收器来反馈一个应答信号，应答信号为低电平的时候，规定为有效应答位(ACK:应答位)，表明接收器已经成功的接收了该字节，应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK：非应答位），表示接收器没有成功的接收该字节。

对于反馈有效应答位（ACK）：接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA拉低，并且保证在该时钟的高电平期间，SDA为稳定的低电平。大家主要看图，看看是不是这样的。

要是接收器是主控器，那么它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据的发送，并且释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号。

数据的有效性* k5 e6 P3 B# R7 v

时钟信号（SCL）为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟信号（SCL）为低电平期间，数据线上的高电平或者低电平才能发生变化。

数据必须在时钟信号（SCL）的上升沿到来之前就准备好，并且在数据信号的下降沿来到之前必须稳定。

数据的传输
' N0 Z+ k& v: B# X

在SDA上的每一个位的数据的传输都需要一个时钟脉冲，即在SCL串行时钟的配合下，SDA上逐位的串行发送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。

示例代码讲解

初始化IIC
: {4 Z* ?* x. q3 H

其实就是对两个线的初始化，我这里使用的是PA6和PA7，开始都设置为输出，中途会改变PA7的输入输出属性，小平头，在空闲状态，我们知道SCL和SDA是被拉高的，所以这个地方我们给高电平。

产生IIC起始信号4 @# R; T# I* q

将SDA线设置为输出，然后SDA和SCL都设置为高电平，延迟4us，然后将SDA拉低，延迟4us，最后将SCL拉低。这其实就是协议规定的动作了。

产生IIC停止信号
8 f) s7 e' n$ n8 t& O I

同样的道理，和协议的时序保持一致就好了。

等待应答信号到来5 c. i- {( Z/ l7 U. b

首先我们需要把SDA设置为输入，因为接收方要给发射方返回一个应答信号的。小平头就是在SCL第9个高电平的时候，释放信号线，先拉高，然后持续等待，是不是有应答信号返回，其实就是返回一个低电平，所以我们一直在检测READ_SDA这个电平，持续一段时间，要是没有返回的话，我们认为超时了，就直接停止协议了，

产生应答信号
; p& f$ t5 S3 w

即在第9个时钟周期内，SDA都为低电平，为应答

不产生应答信号* I( U! E, V/ ^: J

即在第9个时钟周期内，SDA都为高电平，为不应答

IIC发送一个字节 {# F* l% S* Z2 B" i2 K

发送数据，SDA设置为输出。SCL拉低，SDA准备。

做一个8次循环，拿出1byte的数据，将你发送的数据和0x80作与运算，拿出最高位，然后右移7位，将这个数据放到最低位，这个数据要是1的话，那么SDA输出一个高电平，要是与后的结果为低电平的话，那么SDA输出一个低电平。这都属于准备发送信号阶段。

然后SCL拉高，完成数据的发送，然后SCL拉低，此时SDA也就可以拉低了，接着开始次高位的传输，直到传输完成。

读取数据
" |: V+ p5 ]# |( L

读取数据，SDA要设置为输入了。SCL开始为低电平，然后SCL为高电平，我们开始读SDA上的数据，然后左移数据，将读取的数据放在低位。然后检测一下有没有应答。

其实基本思路就是这样了。我把源码附上：

i2c.h

[backcolor=rgb(255, 255, 255) !important][size=1em]

#ifndef __MYIIC_H

#define __MYIIC_H

#include "sys.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

//IO方向设置

#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}

#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

//IO操作函数

#define IIC_SCL PBout(6) //SCL

#define IIC_SDA PBout(7) //SDA

#define READ_SDA PBin(7) //输入SDA

//IIC所有操作函数

void IIC_Init(void); //初始化IIC的IO口

void IIC_Start(void); //发送IIC开始信号

void IIC_Stop(void); //发送IIC停止信号

void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节

u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号

void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号

void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);

u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);

#endif

本文转自小平头电子社区

i2c.c

[backcolor=rgb(255, 255, 255) !important][size=1em]

100

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#include "myiic.h"

#include "delay.h"

//初始化IIC

void IIC_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); //使能GPIOB时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); //PB6,PB7 输出高

}

//产生IIC起始信号

void IIC_Start(void)

{

SDA_OUT(); //sda线输出

IIC_SDA=1;

IIC_SCL=1;

delay_us(4);

IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low

delay_us(4);

IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据

}

//产生IIC停止信号

void IIC_Stop(void)

{

SDA_OUT();//sda线输出

IIC_SCL=0;

IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high

delay_us(4);

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号

delay_us(4);

}

//等待应答信号到来

//返回值：1，接收应答失败

// 0，接收应答成功

u8 IIC_Wait_Ack(void)

{

u8 ucErrTime=0;

SDA_IN(); //SDA设置为输入

IIC_SDA=1;delay_us(1);

IIC_SCL=1;delay_us(1);

while(READ_SDA)

{

ucErrTime++;

if(ucErrTime>250)

{

IIC_Stop();

return 1;

}

IIC_SCL=0;//时钟输出0

return 0;

}

//产生ACK应答

void IIC_Ack(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=0;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//不产生ACK应答

void IIC_NAck(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//IIC发送一个字节

//返回从机有无应答

//1，有应答

//0，无应答

void IIC_Send_Byte(u8 txd)

{

u8 t;

SDA_OUT();

IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输

for(t=0;t<8;t++)

{

//IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;

if((txd&0x80)>>7)

IIC_SDA=1;

else

IIC_SDA=0;

txd<<=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

delay_us(2);

}

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

unsigned char i,receive=0;

SDA_IN();//SDA设置为输入

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();//发送nACK

else

IIC_Ack(); //发送ACK

return receive;

}

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