ESP8266学习历程(5)——IIC

本文历程使用ESP8266使用IIC协议驱动OLED显示。
IIC 总线是一种串行数据总线，总共有4跟线，其中有二根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL，在IIC总线上可以挂载多个IIC设备。 IIC设备（绝大多数）里有个固化的地址，只有在两条线上传输的值等于IIC设备的固化地址时，其才会作出响应。通常我们为了方便把IIC设备分为主设备和从设备，基本上谁控制时钟线（即控制SCL的电平高低变换）谁就是主设备。

IIC也是一种比较常用的协议，在ESP8266提供的SDK中也有IIC的官方接口，我们可以使用他的接口也可以自己写一个，用起来会比较顺手嘛；本文就官方提供的IIC编写思路，自行编写自己的IIC协议，官方提供的自己去看就行。

很多初学者会觉得这种协议相关的东西会学起来比较晦涩，其实不然，看着时序图，我们可以很容易的发现，IIC的时序动作其实就这几种：起始信号、停止信号、应答、非应答、就完了，然后进行动作的搭配，完整的通讯时序就出来了，根据前几篇博客我们学会了ESP8266的GPIO的操作，那么对于IIC只剩下理解时序了。

IIC协议网上有很多大佬介绍得特别详细，这里做个简单的说明：

IIC协议

个人认为，看懂时序就学会了IIC，对于IIC协议也就只有那个动作嘛，搞懂了就到了搭积木的撸代码过程；

数据的有效性规则

IIC总线进行数据传送时，时钟信号SCL为高电平期间，数据线SDA上的数据必须保持稳定(从机读取主机发送过来的数据，是读取在SCL为高电平时SDA的状态)，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定，这个期间的SDA数据才算有效。

空闲状态

I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。

此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

起始信号与停止信号

起始信号：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，而不是一个电平信号。

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。

应答信号

主机向从机发送数据，从机每接收到一个字节的数据都会向主机回发一个应答，主机通过接收应答信号来判断当前字节是否成功发送与成功接收，但是有一点需要注意的是，从机发送的应答信号所需的始终依然由主机提供，所以应答信号紧跟在一个字节数据的8个时钟脉冲后的第9个时钟脉冲期间；

应答信号一般出现在：

1. 发送端发送了一个字节数据后，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号ACK，接收失败则返回NACK。

2. 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号

   应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功，如上图即为应答，非应答即为高电平。

IIC写数据

如图是AT24Cxx数据写入的时序图，图中是完整的一个字节数据的写入，包括了IIC从机设备的地址以及是写命令还是写数据，本问不讲具体实现，只讲最底层软件IIC的编写，只负责一个字节数据的写入部分，方便后续的移植啊通用啥的。

根据前面数据有效性的介绍，SDA在SCL为低电平时可变，在SCL为高到低跳变前保持稳定即可；

void mIIC_Send_Byte(uint8_t byte)
{
	int8_t i=0;

	IIC_SCL_OUT(0);							//拉低时钟线
    IIC_SDA_OUT(0);							//拉低数据线
	i2c_master_wait(i2c_delay_times);		 //延时5us
	
	for(i=7; i>=0; i--)
	{
		if(byte & (1<<i))					//根据需要传输的数据，改变数据线电平
			IIC_SDA_OUT(1);					
		else
			IIC_SDA_OUT(0);
		
		i2c_master_wait(i2c_delay_times);	  //稳定5us
		IIC_SCL_OUT(1);						//拉高时钟线
		i2c_master_wait(i2c_delay_times);	  //稳定5us
		IIC_SCL_OUT(0);						//时钟线高到低跳变，完成1bit的发送
		i2c_master_wait(i2c_delay_times);		
	}
}

IIC读数据

一样只需编写读取一个字节数据的代码即可，同时前面应答信号有说明读取完一个字节后，需要发送一个NACK，告诉发送端停止发送。

uint8_t mIIC_Read_Byte(uint8_t ask)			//参数可设置成是否需要发送应答信号
{
	int8_t i = 0;
	uint8_t byte = 0;
	
	mIIC_SDA_Mode_Change(SDA_MODE_READ);	//SDA切换到输入模式
	i2c_master_wait(i2c_delay_times);		
	
	for(i = 7; i >=0 ; i--)
	{
		IIC_SCL_OUT(1);                     //时钟线为高时，采集SDA数据电平
		i2c_master_wait(i2c_delay_times);		
		
		if(IIC_SDA_IN())
			byte |= 1<<i;

		IIC_SCL_OUT(0);
		i2c_master_wait(i2c_delay_times);		
	}
	
	mIIC_SDA_Mode_Change(SDA_MODE_WRITE);	//SDA切换到输出模式
	if(ask)
		mIIC_Send_Ack();				  //发送应答ACK
	else
		mIIC_Send_NAck();				  //发送非应答NACK
	
	return byte;
}

效果如图：（完成底层的IIC协议后，可以很方便的移植IIC协议的设备，具体代码见下文的连接）

这里有个小坑需要注意

就是SDK中的driver/gpio.h里面，gpio_config()这个函数中，带有日志打印的效果，代码如下：

ESP_LOGI(GPIO_TAG, "GPIO[%d]| InputEn: %d| OutputEn: %d| OpenDrain: %d| Pullup: %d| Pulldown: %d| Intr:%d ", io_num, input_en, output_en, od_en, pu_en, pd_en, gpio_cfg->intr_type);

个人猜测，这段代码执行周期太长，容易导致软件IIC的时序错乱，如果使用自己写的软件IIC，像本文的测试是在OLED，如果不注释会出现雪花，不能正常显示，注释之后就好了。

以上截图来源于AT24CXX的数据手册，用作讲解说明参考

具体完整代码见GITHUB

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