STM32总结之I2C协议

一、I2C物理层

   I2C总线有如下特点：

   1.在一个I2C总线中，可以连接多个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2条总线线路，一条为双向串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL。

数据线用来传输数据，时钟线用于数据同步。

   3.每个连接到总线上的设备都有一个独立的地址，通讯主机可以用这个地址进行不同

设备之间的访问。

   4.总线通过上拉电阻连接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态（意思是既不输出

高电平，也不输出低电平），而当所有设备都空闲时，都输出高阻态，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，传输速率为400Kbit/s

                                      高速模式，传输速率为3.4Mbit/s（目前大多数I2C设备尚不支持）

   7.连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF限制。

二、I2C协议层

   I2C总线协议如下：

   1.只有在总线空闲时，才允许启动数据传送。

   2.在数据传送过程中，当时钟线为高电平时，数据线须保持稳定状态，不允许随意跳变。

时钟线为高电平时，数据线任何电平的跳变都被看做总线的起始或停止信号。

   起始信号：时钟线保持高电平，数据线电平由高到低的跳变作为I2C总线的起始信号。

   停止信号：时钟线保持高电平，数据线电平由低到高的跳变作为I2C总线的停止信号。   

   应答信号ACK和非应答信号NACK：传输时主机产生时钟，在传输完一个字节的数据后，

数据发送端将SDA的电平置高后释放SDA的控制权，在第9个时钟时，由数据接收端控制SDA。

若此时接收端将SDA电平置高，表示非应答信号NACK,若此时接收端将SDA电平置低，

则表示应答信号ACK。

   数据有效性：I2C使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。SDA信号线

在SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平时SDA数据有效，即：此时SDA

为高电平表示数据“1”，SDA为低电平，表示数据“0”’。当SCL为低电平时，数据接收方不对SDA

上的电平进行采集，在这个时候，发送方可以进行SDA电平的切换，为下一比特数据的传输做好

准备。

   地址及数据方向：I2C协议规定， 设备地址可以是7位或10位（一般7位就够了）。紧跟

设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位，第8位或第11位。数据

方向位为1时表示主机由从机读数据，为0时表示主机向从机写数据。

响应：响应包括应答信号ACK和非应答信号NACK。作为数据接收端，无论主机从机，接收

到一个字节的数据后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送ACK信号。发送方在

收到接收方发送的ACK信号后，才继续发送下一个字节的数据。若接收方希望结束数据传输，

则向发送方发送NACK信号，发送方接收到该信号后，先发送一个停止信号，然后结束这次数据传输。

停止数据传输时，主机必须向从机发送一个停止信号，不论是主机收到ACK后还是收到NACK后，

只要是结束数据传输，主机必须向从机发送一个停止信号。

    如果我们直接控制STM32的2个GPIO引脚，分别用作SCL和SDA,按照上述信号

的时序要求，输出时像控制LED灯那样，输入时则读取SDA电平，就可以实现I2C

的通讯。由于直接控制GPIO引脚电平产生I2C通信时序，需要由CPU控制每个时刻

的引脚状态，所这种软件模拟协议的方式，也称为“模拟I2C”。

   相对的，还有硬件控制的方式。STM32的I2C片上外设专门负责实现I2C通信协议。