I2C详解

   I2C


1，概念：I2C是一种较高速的，半双工，同步的通信总线。
较高速：标准模式是100Kbps，快速模式是400Kbps，高速模式是3.4Mbps
半双工：可以接收和发送数据，但不能同时。
同步：接收端和发送端必须在同一时刻接收或发送。


2，接口
它以主从方式工作，可实现多主模式，需要2根线，一般2根线在电路中都是接4.7K电阻上拉。
SCL – 时钟信号线，由主设备产生；
SDA – 数据传输线；


3，I2C的起停及传输
I2C启动：SCL线为高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；
I2C传输：SDA线必须在时钟的高电平周期保持稳定，SDA的高或低电平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才能改变。
I2C停止：SCL线为高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件。
I2C停止是指所有数据全部传输完成后产生停止条件，并不是传输完一个字节就停止。


4，I2C的数据传输
主机发送数据到从机，每个字节必须为8位，每次传输的字节数量不受限制，首先传输的是数据的最高位，发送1个字节完成后，SCL继续产生一个响应时钟脉冲，并释放SDA线，正常情况下，从机应在响应时钟脉冲期间保持SDA为低电平，若从机此时不能接收数据时，则从机应在响应时钟脉冲期间保持SDA为高电平，主机则会终止传输或者重新传输，若从机接收一个字节后不能接收下一个字节数据，则使时钟线SCL保持为低电平，迫使主机进入等待状态。


5，I2C的寻址模式
①，7位寻址
    第一个字节的头7位组成了从机地址，最低位（LSB）是第8 位，它决定了传输的方向。第一个字节的最低位是“0”，表示主机会写信息到被选中的从机；“1”表示主机会向从机读信息。
②，10位寻址
    第一个字节的头7 位是11110XX 的组合，其中最后两位（XX） 是10 位地址的两个最高位（MSB），第8 位是R/W 位，决定了传输的方向，第一个字节的最低位是“0”表示主机将写信息到选中的从机，“1 ”表示主机将向从机读信息。第二个字节8位数据是10位地址的后8位。


6，I2C初始化
①，I2C的GPIO口配置

②，编写产生I2C起始信号函数，产生I2C停止信号函数，等待ACK应答信号函数，产生ACK应答信号函数，不产生ACK应答信号函数。

举例如下（基于STM32系列，IO口模拟产生i2c信号）：

i2c初始化程序如下：

void IIC_Init(void){  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//GPIO时钟使能  //GPIOB8,B9初始化设置  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出模式  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//内部上拉  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  IIC_SCL=1;  IIC_SDA=1;}

i2c起始程序如下：

void IIC_Start(void){  SDA_OUT();     //sda线输出  IIC_SDA=1;      IIC_SCL=1;  delay_us(4);  IIC_SDA=0;//当CLK高电平时，SDA从高电平到低电平表示起始状态  delay_us(4);  IIC_SCL=0;//拉低i2c总线，准备发射或接受数据}

i2c停止程序如下：

void IIC_Stop(void){SDA_OUT();//sda线设置为输出IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;//当CLK高电平时，SDA从低电平到高电平表示停止状态 delay_us(4);IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;//发送i2c总线结束信号delay_us(4);   }

i2c等待应答程序：

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;//时钟信号线拉低   return 0;  } 

i2c产生ACK应答函数：

void IIC_Ack(void){IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=0;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;}

i2c不产生ACK应答函数：

void IIC_NAck(void){IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=1;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;}

7，I2C写数据流程
①，设置SDA为输出，当SCL线为高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，产生I2C启动信号
②，设置SDA为输出，把写命令放入i2c-buffer
③，设置SDA为输入，等待ACK信号
④，设置SDA为输出，把从机地址放入i2c-buffer
⑤，设置SDA为输入，等待ACK信号
⑥，设置SDA为输出，把待发送的8位数据放入i2c-buffer
⑦，设置SDA为输入，等待ACK信号
⑧，若传输完成，则当SCL线为高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，产生I2C停止信号，若传输未完成，重复4,5步。

写字节程序如下（只是写一节字节的流程）：

void IIC_Send_Byte(u8 txd){                            u8 t;       SDA_OUT();         IIC_SCL=0;//拉低时钟开始传输数据    for(t=0;t<8;t++)    {                      IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;        txd<<=1;   delay_us(2);   IIC_SCL=1;delay_us(2); IIC_SCL=0;delay_us(2);    } } 

8，I2C读数据流程
①，设置SDA为输出，当SCL线为高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，产生I2C启动信号
②，设置SDA为输出，把写命令放入i2c-buffer
③，设置SDA为输入，等待ACK信号
④，设置SDA为输出，把从机地址放入i2c-buffer
⑤，设置SDA为输入，等待ACK信号
⑥，设置SDA为输出，当SCL线为高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，产生I2C启动信号                
⑦，设置SDA为输出，把读命令放入i2c-buffer
⑧，设置SDA为输入，等待ACK信号
⑨，设置SDA为输入，把i2c-buffer数据放入内存
⑩，设置SDA为输出，根据情况决定是否产生ACK信号

?，若传输完成，则当SCL线为高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换，产生I2C停止信号，若传输未完成，重复9,10步。

读字节程序如下（只是读一节字节的流程）：

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函数    else        IIC_Ack(); //发送ACK函数       return receive;}