IIC总线学习

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我是靠谱客的博主淡定灯泡，最近开发中收集的这篇文章主要介绍IIC总线学习，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

IIC概述
IIC（集成电路总线）简化了信号传输总线接口，是由PHILIPS公司设计的一种双向、二进制、同步串行总线，主要是用来连接整体电路，IIC是一种多向控制总线——多个设备可以连接到同一个总线结构下，同时设备都可以作为实时数据传输的控制源。
时钟线SCL：在通信过程起到控制作用。
数据线SDA：用来一位一位的传送数据。

硬件iic和软件iic

硬件IIC用法比较复杂，模拟IIC的流程更清楚一些。
硬件IIC速度比模拟快，并且可以用DMA
模拟IIC可以在任何管脚上，而硬件只能在固定管脚上。

软件iic是程序员使用程序控制SCL,SDA线输出高低电平，模拟i2c协议的时序。一般较硬件iic稳定，但是程序较为繁琐，但不难。
硬件iic程序员只要调用i2c的控制函数即可，不用直接的去控制SCL,SDA高低电平的输出。但是有些单片机的硬件iic不太稳定，调试问题较多。

IIC物理总线拓扑结构* 在这里插入图片描述
I2C 总线由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。

IIC总线特征
1.I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(地址通过物理接地或者拉高，可以从I2C器件的数据手册得知）。
2.I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。
3.总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。
4.起始和结束信号总是由主设备产生。

IIC通信协议
IIC通信过程由开始、结束、发送、响应、接收五个部分构成。
1、（在发送、接收数据的时候）当SCL为高电平时，SDA线不允许变化；（SDA电平跳转代表开始或结束信号）当SCL线为低电平时，SDA线可以任意0、1变化。
2、（在任意时候）只有当SCL为高电平时，IIC电路才对SDA线上的电平（0或者1）进行记录，当SCL线为低电平时，无论SDA是高还是低，IIC电路都不对SDA进行采样。

空闲状态（没有通信时）
I2C总线的SDA和SCL两条信号同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

延时
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。

在这里插入图片描述

完整的一帧IIC数据

开始信号程序
开始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；
启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平。

//产生IIC起始信号
//1.设置SDA输出
//2.先拉高SDA，再拉高SCL，空闲状态
//3.拉低SDA
//4.准备接收数据
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 
}

停止信号程序
停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；
停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

//产生IIC停止信号
//1.设置SDA输出
//2.先拉低SDA，再拉低SCL
//3.拉高SCL
//4.拉高SDA
//5.停止接收数据
void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();//sda线输出
    IIC_SCL=0;
    IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
     delay_us(4);
    IIC_SCL=1; 
    IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
    delay_us(4);                                   
}

在上述过程中数据的传输进行
数据传输时以字节为单位，主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，回传给主设备一个应答位(ack)，此时才认为一个字节真正的被传输完成。
主设备在传输有效数据之前要先指定从设备的地址，地址指定的过程和上面数据传输的过程一样，只不过大多数从设备的地址是7位的，然后协议规定再给地址添加一个最低位用来表示接下来数据传输的方向，0表示主设备向从设备写数据，1表示主设备向从设备读数据。
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，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（共9位）
在这里插入图片描述

应答信号程序

//产生ACK应答
//产生应答：SCL在SDA一直为低电平期间完成低高电平转换
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答    
//不产生应答：SCL在SDA一直为高电平期间完成低高电平转换
void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=0;
}

发送数据
在I2C总线上传送的每位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，SDA逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。
每次程序的开始都默认SCL=0，因此程序最后要将SCL=0，SCL低电平期间才可以写数据。

//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答

//IIC_SCL=0;
//在SCL上升沿时准备好数据，进行传送数据时，拉高拉低SDA，因为传输一个字节，一个SCL脉冲里传输一个位。
//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
//总结：在SCL为高电平期间，发送数据，发送8次数据，数据为1,SDA被拉高，数据为0，SDA被拉低。
//传输期间保持传输稳定，所以数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
    SDA_OUT();         
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {  
        //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        //获取数据的最高位，然后左移7位
        //如果某位为1，则SDA为1，否则相反
        if((txd&0x80)>>7)
            IIC_SDA=1;
        else 
        IIC_SDA=0;
        txd<<=1;       
        delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
        IIC_SCL=1;
        delay_us(2); 
        IIC_SCL=0;    
        delay_us(2);
    }     
}

单片机发送完一个字节后面必须跟一个等外应答函数：
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
//1.设置SDA为输入
//2.拉高SDA
//3.拉高SCL
//4.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，并返回1(无效应答)，如果数据线SDA为低，返回0（有效应答）
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)
    {
        ucErrTime++;
        if(ucErrTime>250)
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
    }
    IIC_SCL=0;//时钟输出0        
    return 0;  
}

接收数据
发送数据是一位一位发送，接收数据也是一位一位接收进来，最后返回应答信号。
在I2C总线上传送的每位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，SDA逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。
每次程序的开始都默认SCL=0，因此程序最后要将SCL=0，SCL高电平期间才可以读数据。

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
//先拉低SCL，延时后拉高
//读取数据
//是否发送应答
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{   
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
    {
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
        IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
        delay_us(1); 
    }                     
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}