说到IIC(也叫I2C，其实都是一样的)通讯，是一种最简单的通讯协议。在学习STM32时第一个接触的就是串口USART通讯协议，接下来就是IIC通讯协议了还有的就是SPI协议，SPI我们下一章再说，这一章就说说IIC吧。很多模块都用到过IIC通讯，最常见的就是4针的0.96寸OLED显示屏，当然啦在学习STM32是我们一般最先接触到就是通过IIC来与EEPROM进行通讯，但是本章我们只讲协议本身。

1 |" g; f* `' z9 X. O- c" R: j

一、 IIC 简介

  IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与 IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达 400kbps 以上。
  w+ n1 a- `2 |( H  IIC 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
  开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
  结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
  应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号都可以不要。

& o7 j, o5 |" v' |* u  IIC使用 SDA信号线来传输数据，使用 SCL信号线进行数据同步。SDA数据线在 SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候 SDA 表示的数据有效，即此时的 SDA 为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当 SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。
  如果我们直接控制STM32的两个GPIO 引脚，分别用作 SCL和SDA，按照上述信号的时序要求，直接像控制 LED 灯那样控制引脚的输出(若是接收数据时则读取 SDA电平)，就可以实现 IIC通讯。同样假如我们按照 USART的要求去控制引脚，也能实现 USART通讯。所以只要遵守协议，就是标准的通讯，不管您如何实现它，不管是ST生产的控制器还是ATMEL生产的存储器， 都能按通讯标准交互。
  由于直接控制 GPIO 引脚电平产生通讯时序时，需要由 CPU 控制每个时刻的引脚状态，所以称之为“软件模拟协议”方式。相对地，还有“硬件协议”方式，STM32 的 IIC片上外设专门负责实现IIC通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种由硬件外设处理IIC协议的方式减轻了 CPU 的工作，且使软件设计更加简单。

二、 软件模拟协议1.IIC初始化函数

功能：配置IIC的时钟线和数据线

1. void IIC_Init(void)
   
2. {                        
   
3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
4.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);         
   
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11|GPIO_Pin_12;
   
6.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
   & I5 `3 F5 n. N7 Y& ^% h8 f& U
7.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   
8.     GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
   
9.     IIC_SCL=1;
   ! T$ p' g- \" D, y5 M: J1 `  Q4 x
10.     IIC_SDA=1;
    " S+ L4 d3 O& W: N% c
11. }

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" l+ r" r5 y( c2 F% X' F5 }

1 U- X$ Z$ b" a2 y  K

  

       因为是软件模拟IIC那么我们选择IIC通讯的引脚就相对来说说比较随意，具体使用的引脚可查阅《STM32F1xx 规格书》，以它为准。这里我们就选择PC11、PC12作为IIC的数据和时钟引脚。设置为推挽输出即可。

2.起始信号功能：CPU 发起 IIC总线启动信号

1. void IIC_Start(void)
   
2. {
   : X. s  J0 Q/ l; q- M0 P
3.     IIC_SDA=1;        
   / J0 \6 i+ v/ M. b8 e' f
4.     IIC_SCL=1;
   ; v& A5 X; {' y: i9 I  W7 B
5.     delay_us(4);
   
6.     IIC_SDA=0;//START:当 CLK 为高电平时,DATA 从高到低改变
   " g6 z4 a6 y! M1 k8 R% `
7.     delay_us(4);   
   
8.     IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
   + @& D' M* K% U2 x
9.     delay_us(4);
   
10. }

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  起始信号产生后，所有从机设备就开始等待STM32紧接下来的从机地址信号。在IIC总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据IIC协议，从机地址可以是 7位或10位。在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为 0时，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为 1时，则相反，即主机由从机读数据。
7 c2 t( [/ \) G) }9 \
3.等待应答信号
功能：CPU 产生一个时钟，并读取器件的 ACK 应答信号

1. //返回值：1，接收应答失败  0，接收应答成功
   
2. u8 IIC_Wait_Ack(void)
   
3. {
   
4.     u8 re;
   4 e4 O0 ?- s6 a+ r7 B4 z
5.     IIC_SDA=1;delay_us(1);//CPU释放SDA总线     
   / p/ e7 D: f# ]
6.     IIC_SCL=1;delay_us(1);//CPU驱动SCL=1,此时器件会返回ACK应答
   2 U5 `* G: D, {8 F4 F
7.     if(READ_SDA){//CPU读取SDA口线状态
   0 C$ t+ c/ z" h# b, d" }* R0 T
8.        re=1;
   
9.     }else{
   ) k% L$ P# Y, K5 M! F' G* ?, _; Z
10.       re=0;
    
11.     }   
    0 N6 E  b& h; _6 L( A
12.     IIC_SCL=0;//时钟输出0      
    
13.     return re;  
    : H. `& N# v) B  E
14. }

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0 n: g# Z* y1 f/ }  该函数用于 STM32 作为发送方时，等待及处理接收方传来的响应或非响应信号， 即一般调用前面的 IIC_SendByte 函数后，再调用本函数检测响应。
  STM32控制 SDA 信号线输出高阻态，释放它对 SDA的控制权，由接收方控制；控制 SCL 信号线切换高低电平，产生一个时钟信号，根据IIC协议，此时接收方若把 SDA 设置为低电平，就表示返回一个“应答”信号，若 SDA 保持为高电平，则表示返回一个“非应答 ”信号；在 SCL 切换高低电平之间，有个延时确保给予了足够的时间让接收方返回应答信号，延时后使用宏READ_SDA读取 SDA 线的电平，根据电平值赋予 re 变量的值；函数的最后返回 re的值，接收到响应时返回 0，未接收到响应时返回 1。当 STM32 作为数据接收端，调用 IIC_ReadByte函数后，需要给发送端返回应答或非应答信号，此时可使用 IIC_Ack及 IIC_Nack 函数处理，该处理与 IIC_Wait_Ack函数相反，此时 SDA线也由 STM32控制。
  s4 ^; V7 {4 {( I: I3 Z( Y
' H/ W2 u. Q7 v2 \3 `4.应答信号
0 j* V$ {  \8 [* s功能: CPU 产生一个 ACK 信号//CPU产生一个ACK信号
& y3 v8 ^2 r9 m

1. void IIC_Ack(void)
   5 c- V: e- b. E! J2 \5 L4 v
2. {
   7 U% M+ I7 J5 c+ k
3.     IIC_SDA=0;//CPU驱动SDA=0
   4 i& ^3 ?; W- @% o' T8 x$ S
4.     delay_us(2);
   ! C0 d( O4 T! N. W6 D: b
5.     IIC_SCL=1;//CPU产生一个时钟
   0 F0 v( g( T" |
6.     delay_us(2);
   
7.     IIC_SCL=0;
   
8.     delay_us(2);
     T) L' y. }. C$ m: O
9.     IIC_SDA=1;//CPU释放SDA总线
   
10. }
    
11. //CPU产生1个NACK信号
    
12. void IIC_Nack (void)
    
13. {
    & C" T, N# Q* p: ^  ~  c' o
14.     IIC_SDA=1();//CPU驱动SDA=1
    8 U5 j0 d9 F/ q
15.     delay_us(2);
    1 V. |* g2 p( U: J4 [  F/ T$ }. d
16.     IIC_SDA=1;//CPU产生1个时钟
    
17.     delay_us(2);
    - x6 H" n6 k% f2 f( `9 C! a
18.     IIC_SCL=0;
    # O  o+ j* `- O
19.     delay_us(2);   
    
20. }

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6 ~3 Z, Q5 ]/ _" v1 A, j7 T% C/ o* J  IIC的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。作为数据接收端时，当设备接收到 IIC 传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。
  代码的具体流程就是：根据要返回“应答”还是“非应答”信号，先准备好 SDA 线的电平，IIC_Ack函数中把 SDA 线设置为低电平，表示“应答”信号，IIC_Nack 函数中把 SDA 线设置为高电平，表示“非应答”信号；控制 SCL 线进行高低电平切换，产生一个时钟信号，在 SCL 线的高低电平之间加入一个延时，确保有足够的时间让通讯的另一方接收到 SDA信号线的电平；在 IIC_Ack 函数的末尾，响应信号发送结束后，重新把 SDA 线设置为高电平以释放总线的控制权，方便后续的通讯。

5.停止信号
功能：CPU 发起IIC总线停止信号
  
2 Y: u, f% Z1 i! ^9 \$ C! \& P

1. {  

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  停止信号直接看是时序图就可以搞定了，在SCL和SDA都为低电平的情况下，首先把时钟线SCL拉高，再把数据线SDA拉高，IIC就会结束传输了。
  以上就是软件模拟IIC协议了，在平时的应用中我们实际上不需要掌握这些具体的代码，只要知道IIC协议的过程原理就行了，因为一般来说我们用的都是别人写好的代码，我们只需要会用就可以了，如果你的代码和我这些有出入也没有关系，只要能正常通讯即可，当然如果你的设计在过程中出现了一些问题，或者显示不正常，我们首先考虑的也不是底层协议的问题，而是你代码的其他问题。
7 [% g: L$ M' f/ _
6.IIC发送字节
" L. h! h1 X6 `功能: CPU向IIC总线设备发送8bit数据

1. void IIC_SendByte(u8 Byte)
   
2. {
   
3.     u8 i;
   ! ?8 c. j/ o, q; w) g
4.     /* 先发送字节的高位bit7 */
   & D" U5 \5 ^8 y( z% X
5.     for (i = 0; i < 8; i++)
   
6.     {      
   
7.         if (Byte & 0x80)
   
8.         {
   
9.           IIC_SDA=1;
   : L* I& |. H7 l( m2 t8 B
10.         }
    0 J) i6 z6 G. ~
11.         else
    
12.         {
    , r2 E" h" j, N8 S1 I4 S, Y9 [
13.             IIC_SDA=0;
    
14.         }
    
15.         delay_us(2);
    
16.         IIC_SCL=1;
    
17.         delay_us(2);
    6 u$ k$ H4 r4 [& Q" g0 k
18.         IIC_SCL=0;
    
19.         if (i == 7)
    0 ]% [& m( o; I& N" ?1 c0 Z
20.         {
    / p. K, `/ m: j0 _0 X/ }3 @
21.              IIC_SDA=1;// 释放总线
    0 t/ ^/ w2 N2 F8 r6 q1 q' J+ i
22.         }
    
23.         Byte <<= 1; //左移一个bit
    7 d: Q% Z+ p0 O7 {. x" m* r* l/ ?
24.         delay_us(2);
    
25.     }
    
26. }

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  该函数以其输入参数作为要使用IIC协议输出的数据，该数据大小为一字节。函数的主体是一个8次的 for 循环，循环体执行一次将会对外发送一个数据位，循环结束时刚好发送完该字节数据。步骤分解如下：
  首先程序对输入参数Byte和 0x80“与”运算，判断其最高位的逻辑值，为 1 时控制 SDA输出高电平，为 0则控制 SDA输出低电平；接下来延时，以此保证 SDA 线输出的电平已稳定，再进行后续操作；之后控制 SCL线产生高低电平跳变，也就是产生 IIC协议中 SCL线的通讯时钟；在 SCL线高低电平之间有个延时，该延时期间 SCL线维持高电平，根据 IIC协议，此时数据有效，通讯的另一方会在此时读取 SDA 线的电平逻辑，高电平时接收到该位为数据 1，否则为 0；就这样一次循环体执行结束，Byte 左移一位以便下次循环发送下一位的数据；如次循环 8 次，把Byte 中的 8 位个数据位发送完毕，在最后一位发送完成后（此时循环计数器 i=7），控制 SDA 线输出 1（即高阻态），也就是说发送方释放 SDA总线，等待接收方的应答信号。
' w: N8 B$ W7 m( y6 E/ y
7 [# u0 p. d. J+ R! A7.IIC读取字节
0 H' g3 O( `+ Q6 k功能: CPU从IIC总线设备读取8bit数据

1. u8_t IIC_ReadByte(void)
   
2. {
   
3.     u8 i;
   7 v* W  b- k# }+ d! E1 `8 n6 e  h
4.     u8 value;
   
5.     //读到第1个bit为数据的bit7
   
6.     value = 0;
   ) Y& r2 I6 J+ I) Q- a
7.     for (i = 0; i < 8; i++)
   + }1 X, n; Q" [! m
8.     {
   , W- k5 S$ L6 ^! K/ B
9.         value <<= 1;
   
10.         IIC_SCL=1;
    6 R) c; L( w" J, y4 j+ b
11.         delay_us(2);
    
12.         if (SDA_READ)
    ( J8 o& _4 z: h; ~
13.         {
    * V" [0 K9 w7 f# C5 x
14.             value++;
    
15.         }
    
16.         IIC_SCL=0;
    
17.         delay_us(2);
    , W$ |9 q8 Q8 k! P' z
18.     }
    * `- j8 y4 `* R; t; W
19.     return value;
    
20. }

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6 Q: V3 T1 M7 u( F  IIC_ReadByte 函数也是以 for 循环为主体，循环体会被执行 8次，执行完毕后将会接收到一个字节的数据，循环体接收数据的流程如下：
  首先使用一个变量 value 暂存要接收的数据，每次循环开始前先对 value 的值左移 1 位，以给 value 变量的 bit0 腾出空间，bit0 将用于缓存最新接收到的数据位，一位一位地接收并移位，最后拼出完整的 8位数据；然后控制 SCL线进行高低电平切换，输出 IIC 协议通讯用的时钟；在SCL线高低电平切换之间，有个延时，该延时确保给予了足够的时间让数据发送方进行处理，即发送方在 SCL 时钟驱动下通过 SDA 信号线发出电平逻辑信号，而这个延时之后，作为数据接收端的 STM32 使用宏SDA_READ读取 SDA信号线的电平，若信号线为 1，则 value++，即把它的 bit0置 1，否则不操作（这样该位将保持为 0），这样就读取到了一位的数据；接下来SCL线切换成低电平后，加入延时，以便接收端根据需要切换 SDA 线输出数据；直到循环结束后，value 变量中包含有 1 个字节数据，使用 return 把它作为函数返回值返回。

  _1 V0 f: D6 i5 T4 b. t三、 硬件协议
; G  }" L  O6 G- R/ D; f/ I  相对来说，硬件IIC直接使用外设来控制引脚，可以减轻 CPU 的负担。不过使用硬件IIC 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟IIC则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。
9 K/ `+ N- _# I$ J  STM32的IIC外设可用作通讯的主机或从机，支持 100Kbit/s 和 400Kbit/s 的速率，支持 7位、10位设备地址，支持 DMA数据传输，并具有数据校验功能。它的IIC外设还支持 SMBus2.0协，SMBus 协议与IIC类似，主要应用于笔记本电脑的电池管理中。
& K4 |8 U' N8 i3 R8 j  ?# j  STM32 芯片有多个IIC外设，它们的IIC通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚，GPIO引脚的复用功能，可查阅《STM32F1xx 规格书》，以它为准。

+ J! n1 G! k# k6 N* V) i) ^
' a# [5 P$ ~+ X+ h4 T
$ t9 B7 G9 E. q  h0 g: n! C7 IIIC初始化函数

1. void IIC_init(void)
   8 ?, M5 J" m+ l5 q% n
2. {
   % j- A8 U/ z; Q/ e/ q' ~8 Y( z
3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   ' g* z9 Y! y, a+ U. e  d
4.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
   ; q& D+ ?& q5 C1 |* j% d: X& A9 z
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
   
6.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   
7.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;// 开漏输出
   3 ]$ F# ~9 m/ E: ^  e; K; ]
8.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
   8 g" f" t: a( k9 A9 w" l
9.     IIC_SCL=1;
   & a: ^, u: M/ p' t/ W5 i
10.     IIC_SDA=1;//给一个停止信号, 复位I2C总线上的所有设备到待机模式
    
11. }

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1 b. j+ X4 o& j! k  因为是硬件IIC直接使用外设来控制引脚，那么我们选择IIC通讯的引脚就比较固定，具体使用的引脚可查阅《STM32F1xx 规格书》，以它为准。可以看到PB6和PB7两个引脚可以作为IIC的通讯引脚，而且PB6为SCL时钟线，而PB7则为SDA数据线，并设置为开漏输出。
  这里为啥设置为开漏输出的方式呢？
( z# Y3 Q+ P8 N( m  这是由于使用的是软件模拟IIC方式，而IIC协议的 GPIO 必须的开漏输出模式，开漏输出模式在输出高电平时实际输出高阻态，当IIC该总线上所有设备都输出高阻态时，由外部的上拉电阻上拉为高电平。另外当 STM32 的 GPIO 配置成开漏输出模式时，它仍然可以通过读取GPIO 的输入数据寄存器获取外部对引脚的输入电平，也就是说它同时具有浮空输入模式的功能，因此在后面控制 SDA线对外输出电平或读取 SDA线的电平信号时不需要切换 GPIO的模式。
  另外在硬件IIC协议之下，它的起始信号、等待应答信号、应答信号、停止信号都与软件模拟IIC协议之下的函数相同，在这里我就不重复说明了。
. L( Z4 O! |- ?4 _3 c  }# J      总结：IIC通讯协议很简单，在实际项目中我们不需要掌握具体的IIC协议代码，只要会用即可，作为最常见且常用的协议，我们最好能够背下来或者有所了解。现在IIC通讯不陌生了吧！


* h- D% v0 z+ I
转载自： 果果小师弟
& n, t2 H/ c$ N/ }2 e* D- ]1 H