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2021年10月22日 | stm32专题十五：IIC通讯
2021-10-22 来源：eefocus
IIC
I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
IIC总线物理层的特点：
1 它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机；
2 一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步；
3 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问；
4 总线通过上拉电阻（通常4.7K）接到电源（2 ~ 15V）。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平；
5 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线；
6 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多IIC设备尚不支持高速模式；
7 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 ；
IIC总线协议层：
IIC的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。
接下来的这些内容全部来自于IIC总线协议：
1 数据有效性：
由于连接到IIC总线上的设备工艺不同，逻辑0和逻辑1的电平不是固定的（由VDD决定），每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲；
SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定。SDA线高/低电平状态只有在 SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变；
2 起始和终止条件
起始条件： SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换；
终止条件： SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换；
起始信号：
// step1 把两根总线拉高
SDA = 1;
SCL = 1;
// step2 等待电平稳定
delay(us);
// step3 依次拉低SDA SCL（中间要等待电平稳定）
SDA = 0;
delay(us);
SCL = 0;
delay(us);
终止信号：
// step1 两根线按时间轴拉低
SCL = 0;
SDA = 0;
// step2 等待电平稳定
delay(us);
// step3 按时间轴依次拉高
SCL = 1;
delay(us);
SDA = 1;
delay(us);
3 传输数据
字节格式
发送到 SDA 线上的每个字节必须为8位，每次传输可以发送的字节数量不受限制 每个字节后必须跟一个应答位。首先传输的是数据的最高位 MSB。如果从机要完成一些其他功能后 例如一个内部中断服务程序，才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线 SCL保持低电平迫使主机进入等待状态。当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL后，数据传输继续。
7位设备地址和8位设备地址
比如EEPROM的设备地址为：1111 000，有时会写为0X78，这都表示7位设备地址。
8位设备地址：7位地址 + 读写位
读地址：0X78 + 1 = (1111 000) << 1 + (0000 0001) = 0XF1 = 1111 0001
写地址：0X78 + 0 = (1111 000) << 1 + (0000 0000) = 0XF0 = 1111 0000
4 数据应答
数据传输必须带响应。相关的时钟脉冲由主机产生，在响应的时钟脉冲期间，发送器释放SDA线，此时被SDA被自动拉高。在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平；
通常，被寻址的接收器在接收到的每个字节后，除了用CBUS地址开头的报文，必须产生一个响应；
当从机不能响应从机地址时，例如它正在执行一些实时函数不能接收或发送，从机必须使数据线保持高电平，主机然后产生一个停止条件终止传输，或者产生重复起始条件开始新的传输；
5 数据的传输格式
传输过程描述：
起始信号；
一个字节（7位地址 + 读写位）+ ACK；
一个数据字节 + ACK；
...
停止信号；
几种可能的数据格式：
1 主机向从机写入数据，整个的传输方向不变；
2 主机在发送第一个字节后，立即读从机。后面的字节传输方向发生改变，第一次的应答仍由从机产生，后续的应答信号全部由主机产生，当读取到指定个数的数据时，主机先发送非应答信号，然后发送停止信号。
3 复合格式
传输改变方向的时侯，起始条件和从机地址都会被重复。但R/ W位取反。如果主机接收器发送一个重复起始条件，它之前应该发送了一个不响应信号。
复合格式可以用于例如控制一个串行存储器（EEPROM），先写从机设备地址，然后在第一个数据字节期间，要写内部存储器的地址。再重复起始条件和从机地址后，数据可被传输。
复合格式的一般应用：
前面一般是7位设备地址+0（写方向），然后第一个数据字节（发送要读取的寄存器地址），这个地址会被EEPROM内部保存起来，然后重新发送起始信号，再写7位设备地址+1（读方向），接下来就可以读到数据。
6 数据位定义
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