嵌入式必备知识-IIC协议原理解析

以下文章来源于：公_众_号开源电子网 读取更多技术文章，请扫码关注

IIC概述：

IIC(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器以及其外围设备，IIC也被成为I2C，其实两者是完全相同的，只是名词不一样而已。它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。 IIC特点： ①数据线SDA：数据线用来传输数据；时钟线SCL：时钟线用来同步数据收发 ②总线上每一个器件都有一个唯一的地址识别，所以我们只需要知道器件的地址，根据时序就可以实现微控制器与器件之间的通信。 ③数据线SDA和时钟线SCL都是双向线路，都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电压，所以当总线空闲的时候，这两条线路都是高电平。 ④总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s在快速模式下可达400kbit/s在高速模式下可达3.4Mbit/s。 ⑤总线支持设备连接个数：同时支持多个主机和多个从机，连接到总线的接口数量只由总线电容是400pF的限制决定，如以下图所示：

IIC的协议层详解

1.有效数据：在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定，数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。

2.起始和结束条件： 起始条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件，如以下图所示：

结束条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件，如下图所示：

注意：注意起始和终止信号都是由主机发出的，总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。 3.应答：每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据。 注意：从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答

4.数据帧格式：I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

写操作：S为起始信号，SLAVE ADDRESS从机地址(7bit)+W(0)一共8位，有阴影的部分是主机发送的，而没有阴影部分是从机发送到主机的，A/A非(0/1)，P代表停止信号。

读操作：S为起始信号，SLAVE ADDRESS从机地址(7bit)+R(1)一共8位，有阴影的部分是主机发送的，而没有阴影部分是从机发送到主机的，A(应答)/A非(0/1)，P代表停止信号，注意：假如主机一直返回应答信号，那么从机可以一直发送数据，也就是图中的（n byte + 应答信号）情况，直到主机发出非应答信号，从机才会停止发送数据。

如何编写IIC驱动代码：

1.起始信号代码编写：

/* 产生IIC起始信号 */
void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();      	/* sda线输出 */
    IIC_SDA=1;       /* ① */
    IIC_SCL=1;		/* ② */
    delay_us(5);    	/* ③ */
    IIC_SDA=0; 		/* ④ */
    delay_us(5);		/* ⑤ */
    IIC_SCL=0;      	/* ⑥ */
}

上述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。 2.停止信号代码编写：

/* 产生IIC停止信号 */
void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();      /* sda线输出 */
    IIC_SCL=0;      /* ① */
    IIC_SDA=0;      /* ② */
    delay_us(5);    /* ③ */
    IIC_SCL=1;      /* ④ */
    IIC_SDA=1;      /* ⑤ */
    delay_us(5);    /* ⑥ */                               
}

上述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。 3.主机产生应答代码编写：

/* 产生ACK应答 */
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;      /* ① */
    SDA_OUT();      /* sda线输出 */
    IIC_SDA=0;      /* ② */
    delay_us(5);    
    IIC_SCL=1;      /* ③ */
    delay_us(5);    /* ④ */
    IIC_SCL=0;      /* ⑤ */   
}

上述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。

4.主机产生非应答代码编写： /* 不产生ACK应答 / void IIC_NAck(void) { IIC_SCL=0; / ① / SDA_OUT(); / sda线输出 / IIC_SDA=1; / ② / delay_us(2); IIC_SCL=1; / ③ / delay_us(4); / ④ / IIC_SCL=0; / ⑤ */ }

述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。 5.等待从机发送应答信号代码编写： 思路：先让SDA=1，再判断在一定时间内SDA是否变为0，从而识别出外设有没有发送应答信号。

/* 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) /* 获取SDA电平*/
    {
        ucErrTime++;
        if(ucErrTime>250)
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
    }
    IIC_SCL=0; /* 时钟输出0 */      
    return 0;  
}

第一步.设置SDA为输入 第二步.拉高SDA：主要判断从机应答就是把SDA拉低。 第三步.拉高SCL：数据稳定就是有效数据。 第四步.等待接收器返回应答信号，如果数据线SDA一直为高，就一直等待ucErrTime大于250，并返回1(无效应答)，如果数据线SDA为低，返回0（有效应答）。 6.IIC发送一个字节发送一个字节的代码编写： 思路：数据传输过程中，数据传输保持稳定（在SCL高电平期间，SDA一直保持稳定，没有跳变），只有当SCL被拉低后，SDA才能被改变在SCL为高电平期间(有效数据时间段)，发送数据，发送8次数据，如果数据为1,显然SDA是被拉高；如果数据为0，那么SDA被拉低。 /* 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; 					/* ① */
    for(t=0;t>7; 	/* ② */
        txd