IIC总线从零梳理（结合STM32平台）

时间：2017/06/07 22:01 IIC总线的EEPROM

G15电装.王维鋆

常用的串行总线协议：

常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C总线、SPI总线和SCI总线。

其中I2C总线以同步串行2线方式进行通信（一条时钟线，一条数据线）。

SPI总线则以同步串行3线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线）。

SCI总线是以异步方式进行通信（一条数据输入线，一条数据输出线）。

1-wire，即单线总线，又叫单总线。例如DS18B20温度传感器就是用的这种总线结构.

我们这里重点详解下I2C串行总线，我们这里以数据手册的IIC时序图为例讲起，看不懂时序图的小伙伴必须补上来了.

一.I2C串行总线的组成及工作原理.

1.I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，它只有两根双向信号线。一根是数据线SDA（serial data I/O），另一根是时钟线SCL（serial clock）。

2.如下图所示，IIC总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据。

二.I2C总线传输协议

1.数据位的有效性规定：

SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。如图所示

2.I2C的起始和终止信号

SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。如图所示

3.I2C字节的传送与应答

每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）.如图所示

4.应答位的作用

主机在发送数据时，每次发送一字节数据，都需要读取从机应答位，当从机空闲可以接收该字节数据时，从机会发出应答（一帧数据的第9位为“0”），当从机正忙于其他工作的处理来不及接收主机发送的数据时，从机会发出非应答（一帧数据的第9位为“1”）主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送，主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据.

当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。

贴个IIC总线在传送数据过程中信号时序图.好好研究好时序图，一切都可以轻松解决.

三.IIC驱动代码理解（以51为例，模拟IIC）

这里，我用51单片机为例写下IIC 驱动代码，实现包括 IIC 的初始化（ IO 口）、 IIC 开始、 IIC 结束、 ACK、 IIC读写等功能.IIC驱动代码是根据时序图来编写的，结合着时序图看，感兴趣的小伙伴可以试着自己写一下底层驱动代码.由于是根据时序图来编写的，就没什么要说明的

I2C起始信号程序：

void I2C_Start()

{

SCL = 1;

_nop_(); //51的一个机器周期 1.08506us

SDA = 1;

delay_5us();

SDA = 0;

delay_5us();

}

I2C终止信号程序：

void I2C_Stop()

{

SDA = 0;

_nop_();

SCL = 1;

delay_5us();

SDA = 1;

delay_5us();

}

I2C主机检测从机应答：

bit Test_ACK()

{

SCL = 1; //在时钟总线为高电平期间可以读取应答信号

delay_5us();

if (SDA)

{

SCL = 0;

I2C_Stop();

return(0);

}

else

{

SCL = 0;

return(1);

}

}

I2C主机发送应答：

void Master_ACK(bit i)

{

SCL = 0;

_nop_();

if (i)

{

SDA = 0;

}

else

{

SDA = 1;

}

_nop_();

SCL = 1;//数据保持稳定

_nop_();

SCL = 0;

_nop_();

SDA = 1;

_nop_();

}

根据这些IIC驱动代码编写自己的读写函数就可以和外部IIC器件通信了.

四.EEPROM——AT24CXX梳理

1.I2C写数据流程

在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位）我们开发板上的AT24C02器件地址为0xa0，第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）

2.I2C读数据流程

在读数据时也要先发送器件地址，读写方向为写，因为我们下一帧需要发送从AT24C02内那个单元开始读，之后需在发一次器件地址这个时候读写方向就为读了，接着我们就可以从总线上读取数据

对IIC芯片外设的初始化，这里就不讲解了，很简单的配置过程。

初始化好I2C后，就可以使用I2C通讯了，我这里还是以51为例，配合火哥的模拟IIC通讯历程看，你会发现，发送数据流程和接收数据流程原理是一样的。

3./*I2C发送数据 I2C写数据流程*/下面放图 火哥的模拟IIC的写数据历程

bit I2C_TransmitData(uchar ADDR, DAT)

{

I2C_Start(); //I2C总线起始

I2C_send_byte(AT24C02_ADDR+0); //发送AT24C02地址加读写方向位0（写）

if (!Test_ACK()) //检测是否发送成功(应答)

{

return(0);

}

I2C_send_byte(ADDR); //发送控制字节ADDR地址输出使能

if (!Test_ACK()) //检测是否发送成功(应答)

{

return(0);

}

I2C_send_byte(DAT); //发送数字量交由AT24C02转为模拟量AOUT脚输出

if (!Test_ACK()) //检测是否发送成功(应答)

{

return(0);

}

I2C_Stop(); //I2C停止信号

return(1);

}

火哥的历程已经详细的说明了写数据的流程，这里，我就不多此一举了.

4. /*I2C接收数据 I2C读数据流程*/

uchar I2C_ReceiveData(uchar ADDR)

{

uchar DAT;

I2C_Start();

I2C_send_byte(AT24C02_ADDR+0);

if (!Test_ACK())

{

return(0);

}

I2C_send_byte(ADDR); //发送控制字节地址

Master_ACK(0); //发送非应答

I2C_Start(); //重发起始信号

I2C_send_byte(AT24C02_ADDR+1); //改变读写方向（读）

if (!Test_ACK())

{

return(0);

}

DAT = I2C_read_byte(); //把读取的值赋给形参

Master_ACK(0); //主机发送非应答

I2C_Stop(); //I2C停止信号

return(DAT); //成功返回1

}

通过上面的分析，IIC写数据，读数据的原理我就讲的这么多了，这是我自己的理解，仅供参考.