iiC通信协议详解以及STM32iic代码理解

发表于 2023-8-27 00:33

一.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。

发表于 2023-8-27 00:34

二.IIC的特征:

发表于 2023-8-27 00:35

1.IIC物理层

(i)只有两条总线线路：（一条双向串行数据线SDA，一条双向串行时钟线SCL）------>意味着它只可以将数据一位一位的发送出去，同时也不可以进行两边同时通。所以采用的是半双工通信。总线可以支持多个IIC设备。

发表于 2023-8-27 00:35

(ii)半双工通信：同一时间只可以进行单向通信。

发表于 2023-8-27 00:35

(iii)总线通过上拉电阻，使得IIC设备在空闲状态下为高阻态模式（目的：不干扰别的正在正常进行通信的设备），当所以设备都处于高阻态的时候，上拉电阻会把总线也拉成高电平模式。

发表于 2023-8-27 00:35

(iv)每个IIC设备都有一个自己独一无二的地址，主机和不同设备的识别靠的就是这个机制，当主机通过SDA总线发送设备地址后，相同地址的设备会进行回应，从而进行相互识别，进而实现通信。

发表于 2023-8-27 00:36

(v)多个设备同时需要进行通信的时候，总线就会进行仲裁，一般是通过低电平的方式

发表于 2023-8-27 00:37

(Vi) 串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s；

发表于 2023-8-27 00:39

2.IIC协议层
IIC的读写过程
(i)主机写数据到从机

发表于 2023-8-27 00:40

S表示的是起始信号，这个时候所有在IIC总线上的设备都可以收到，紧接着主机会通过SDA发送设备地址，当发送的设备地址和某个设备匹配了，这个设备就呗选择为从机，从而进行通信，而其余的设备输出高阻态，断开与总线的连接。

发表于 2023-8-27 00:40

发送了设备地址后，紧接着回发送一位来，来确定数据传输的方向（主机读数据还是主机发数据），然后从机会产生一个应答信号或者非应答信号来告诉主机当前的是否继续发送数据，

发表于 2023-8-27 00:41

(ii)主机读数据到从机

和主机写数据到从机不同的是，这次是从机发送数据，主机接受，但是开始的第一个字节，仍然是主机发送起始信号和设备广播地址，来和某个设备进行匹配，但是数据传输位要设置为“读”，以及终止信号也由主机发送

发表于 2023-8-27 00:41

(iii)起始信号和终止信号

起始信号：SCL位于高电平期间，SDA由高到低（1-->0）
结束信号：SCL位于高电平期间，SDA由低到高（0-->1）

发表于 2023-8-27 00:41

(iv)数据的有效性

发表于 2023-8-27 00:41

SDA数据线在SCL时钟线的一个时钟周期传输一位数据

当时钟电平为低电平的时候可以允许数据的变化

当时钟电平拉高的时候，数据线的数据为无效数据，

发表于 2023-8-27 00:41

(iv)应答/非应答信号

当传递完一个字节（8bit）后，主机会释放对SDA的控制【加入第八位数据位0，此时SDA是低电平，这样如果不释放控制权，结果就是只可以产生应答信号，所以需要释放控制权交到从机手里】，由从机进行控制，紧接着在第九个时钟周期从机从机会向主机发送应答或者非应答信号，然后主机接收后进行判断是否还要进行传输数据。若为应答信号，则会继续传输下一个数据；反之，若为非应答信号，则会让主机发送终止信号，来结束传输。

发表于 2023-8-27 00:41

应答信号（ACK）：SDA被拉低（SDA = 0）
非应答信号(NACK)：SDA被拉高（SDA = 1）

发表于 2023-8-27 00:41

(v)数据的传输方向
每一次传输一个字节（8bit）,从高位开始（MSB),低位结束(LSB),每次传输一个字节的同时需要加一个应答位。（总共是9bit)。
1：主机向从机写信息 0：主机读取从机信息
传输数据的顺序为：起始信号+第一个字节（寻址信号和判断读写模式）+你需要传输的N个字节以及应答位+停止信号。

发表于 2023-8-27 00:42

软件模拟iiC
寄存器代码解释：

找到你对应需要进行软件模拟IIC的接口

复制

//初始化IIC

void IIC_Init(void)

{                                             

         RCC->APB2ENR|=1<<4;//先使能外设IO PORTC时钟                                                          

        GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//PC11/12 推挽输出

        GPIOC->CRH|=0X00033000;           

        GPIOC->ODR|=3<<11;     //PC11,12 输出高

}

发表于 2023-8-27 00:42

起始和终止信号

复制

}

//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;

         delay_us(4); 

        IIC_SCL=1;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high

         delay_us(4); 

        IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号                                                            

}

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