IIC详解以及SH367309-TWI示例应用

只看该作者 · 2023-8-27 00:14

什么是IIC?
IIC (Inter-Integrated Circuit), 通常发音为： I-squared-C，是多主、多从、分组交换、单工的串行总线，通常用于处理器或微控制器与低速外围器件的短距离通信连接。这个通信协议是由（NXP半导体的前生）飞利浦公司发明，并在2006年开始，I2C协议的实施不要许可费，但仍要收取I2C从机分配地址的费用

IIC的特性
仅用两线连接；
不像RS232那样有着严格的波特率要求，而是由主设备（mater）产生时钟信号；
设备之间的主/从关系简单，每个设备都有软件给予的唯一地址；
IIC是一个真正的多主总线，提供仲裁和冲突检测的功能。

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物理（电气）特性
只要求两条总线线路，一条是串行数据线ＳＤＡ，一条是串行时钟线ＳＣＬ,（IIC是半双工，而不是全双工）。
每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信，主机/从机角色和地址可配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器。
IIC是真正的多主机总线，（而这个SPI在每次通信前都需要把主机定死，而IIC可以在通讯过程中，改变主机），如果两个或更多的主机同时请求总线，可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。
传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。
连接到总线的IC数量只是受到总线的最大负载电容400pf限制。
I2C通信设备之间只通过普通导线进行连接，比特流信号采用TTL/CMOS标准下的高/低电平来表示1/0信号，这一方式使得传输距离很短（本来设计目的就是用于短距离通信），直接连接的传输距离短达40cm。

只看该作者 · 2023-8-27 00:14

只看该作者 · 2023-8-27 00:15

IIC总线通信协议
如下图所示，为IIC的通讯总线的协议数据格式。

只看该作者 · 2023-8-27 00:15

开始和结束条件
I2C总线在待机状态时，SDA和SCL都处于高电平（两根线一般情况均接上拉电阻）。

当开始工作时，开始信号由主设备(master)发起，SDA先由高电平转为低电平，此时的SCL是高电平。此后，SDA和SCL便配合传输开始工作。

当停止工作时，在SCL处于高电平下，SDA由低电平转为高电平。

只看该作者 · 2023-8-27 00:15

一位信号数据传递模式
IIC协议通过数据线SDA在SCL的配合下实现信息的有效传送。每条线均可产生5V/0V或3.3V/0V的高低电平(也可以是其它方式，常用TTL和CMOS的电平模式)，如图所示，每当时钟线SCL产生高电平时，SDA所产生的电平信号为当前时钟周期下传输的有效信号；而当SCL为低电平时，SDA可改变，以产生下一周期的传输信号。

只看该作者 · 2023-8-27 00:15

IIC数据含义解析
   IIC协议里面数据主要包括两部分：addr数据+data数据。

   数据模式：

               [ 开始 +（7位地址+1位读写+1位ACK）+（8位数据+1位ACK/NACK）*n+停止 ]

只看该作者 · 2023-8-27 00:16

注意：

   1、在传输过程中，每传输8位后，要通过一个ACK位进行相互确认。在读和写数据的过程中，ACK的来源是不一样的。

   2、写数据的时候是从设备会返回一个ACK值（低电平）以响应已获得数据。

   3、读数据的时候是主设备会返回一个ACK值（低电平）以响应已获得数据。

   4、如果写数据的时候，有些情况下从设备要校验数据，发现数据错误，会返回NACK（高电平）来响应结束本次传输；读数据的情况下，有的情况需要NACK，然后在STOP结束本次传输。

只看该作者 · 2023-8-27 00:20

Write（写）操作（8位数据+1位ACK）
因为地址数据是7bit，写地址的时候要在后面增加1bit写（低电平），达到1byte长度。

只看该作者 · 2023-8-27 00:21

Read（读）操作（8位数据+1位ACK）
因为地址数据是7bit，读地址的时候要在后面增加1bit读（高电平），达到1byte长度。

只看该作者 · 2023-8-27 00:21

写寄存器标准流程：

只看该作者 · 2023-8-27 00:21

读寄存器标准流程

只看该作者 · 2023-8-27 00:21

TWI 协议
在AVR系列单片机中内嵌有一个TWI（Two-wire Serial Interface）接口，它实际上就是IIC总线接口，个人的理解是TWI协议是利用IIC协议的理论基础，对IIC的数据量进行修改，为每个芯片制定特定的数据量格式。

只看该作者 · 2023-8-27 00:22

协议实例：SH367309
SH367309电器特性
SH367309 作为从机模式，MCU作为主机模式，SH367309地址固定为0X1A。

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SH367309 标注

只看该作者 · 2023-8-27 00:22

SH367309读协议
            Start+(地址+写)+ACK*+RegAddress+ACK*+ReadDataLength+ACK*
            ReStart+(地址+读)+ACK*+DATA+ACK+····+DATA+ACK+CRC+NACK+Stop
            注：带*表示从设备向主设备发送。