GPIO模拟IIC过程中对IIC的理解

谈谈个人在用GPIO模拟IIC过程中对IIC的理解
前两天在配置一款数字陀螺仪的IIC时序，分别实现了使用芯片自带IIC模块配置和使用GPIO模拟，下面谈谈个人对IIC的一些理解。

概述

1. IIC是一个总线协议，和spi类似的一个串行总线协议，它的特点是只用的信号线特别少，只需要两根，分别是SCL和SDA，但是与此同时也降低了通信速度。
2. IIC总线信号线少就造成它的通信协议稍微复杂，理解IIC的时序是理解IIC总线的关键。
3. .IIC总线通过上拉电阻接到VDD，当总线空闲时，两根信号线均为高电平。连接总线的任意一个器件输出低电平，将使总线信号变低，即各器件的信号线是“线与”关系。
4. 每个IIC上连接的器件都有唯一的地址（7bit），当某个器件发出广播（地址信号）时，该器件即为主机，其它器件为从机，读写行为都由主机发起，SCL信号总由主机产生。
5. .当有多个器件企图发起广播传送数据时，需要总线仲裁模块进行仲裁。
6. .在SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定（0或者1），数据接收者会在这个期间接受数据，在SCL为低电平期间可以改变数据（改变SDA的电平）。
7. 读时序：主机发起通信start（7bit从器件ID+1bit读写位0）——从机收到广播并回应（ack）——主机发送地址信号（8bit）——主机重新发起通信start（7bit从器件ID+1bit读写位0）——再次发送从器件寄存器地址address（8bit）——接收数据（SCL高电平期间从器件不会改变SDA，在此期间读SDA，将SCL拉低后从器件会将下一位数据送到SDA上）——每8bit主机需要发送一个应答信号表示继续接收，否则认为结束接收——接收结束发送无应答信号通知从器件完成数据接收——发送停止信号stop——一次通信结束写时序：主机发起通信start（7bit器件ID+1bit读写位1）——从机接收到广播并回应ack——主机写从机寄存器地址（8bit）——从机应答——写数据（8bit）——从机应答——主机发送停止信号stop——一次通信结束
8. 两次通信之间应该有足够的时间间隔，不同器件的时间间隔不一样，一般为us数量级
9. 当SCL=1期间，SDA从1变为0表示start信号当SCL=1期间，SDA从0变为1表示stop信号应答期间输出0表示有应答，输出1表示无应答接受应答期间接收0表示有应答，接收1表示无应答

10. K60上使用LPLD底层库实现GPIO模拟IIC的代码如下，该代码是用于对GY_50数字陀螺仪的读写

    Created with Raphaël 2.1.0 master master salver salver start信号 发送data ack()应答 stop信号 数据线空闲时候才能启动

    start信号

    SCL为1期间SDA从1变为0表示开始信号

//开始信号
void GY_50_Start(void)
{                                                         
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID,GY_50_SDA_PORT_NUM,1);
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID,GY_50_SCL_PORT_NUM,1);

    GY_50_Delay(1);

    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID,GY_50_SDA_PORT_NUM,0);

    GY_50_Delay(1);
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID,GY_50_SCL_PORT_NUM,0);
}

停止信号

SCL为1期间SDA从1变为0表示结束信号

//停止信号
void GY_50_Stop(void)
{
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM,0);
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,1);
  GY_50_Delay(1);
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM,1); 
  GY_50_Delay(1);
}

发送应答信号

向数据线上传送一位数据表示有应答或者无应答

//发送应答信号(0:ACK 1:NAK)
void GY_50_SendAck(uint8 ack)
{
  ack= ack?1:0;
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM,ack);
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,1);
  GY_50_Delay(1);
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,0);
  GY_50_Delay(1);
}

接收应答信号

从数据线上读取一位数据查看是否应答

//接收应答信号(0:ACK 1:NAK)
uint8 GY_50_ReceiveAck(void)
{
  uint8 data_temp=0;
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,1);
  GY_50_Delay(1);
  SetGpioPortIO(GY_50_SDA_PORT_ID,GY_50_SDA_PORT_PIN,DIR_INPUT);
  data_temp = LPLD_GPIO_Input_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM);
  SetGpioPortIO(GY_50_SDA_PORT_ID,GY_50_SDA_PORT_PIN,DIR_OUTPUT);
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,0);
  GY_50_Delay(1);
  return data_temp;
}

向IIC总线发送一个字节的数据

按照协议要求，在SCL为低期间改变数据，在SCL为高期间保持数据，并保持一定时间，保证对方读取完毕

//向IIC发送一个字节的数据
void GY_50_SendByte(uint8 data)
{
  static uint8 i,data_temp;
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    data_temp = data&0x80;//取最高位
    data <<= 1;
    data_temp = data_temp?1:0;

    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM,data_temp);
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,1);
    GY_50_Delay(1);
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,0);
    GY_50_Delay(1);
  }
  GY_50_ReceiveAck();
}

从IIC接收一个字节数据

根据协议要求，在SCL为高期间读取数据，在SCL为低期间让对方发送数据，SCL为低要保持一定时间，保证数据线上的数据稳定

//从IIC接收一个数据
uint8 GY_50_ReceiveByte(void)
{
  static uint8 i,data_temp=0;
  LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM,1);
  SetGpioPortIO(GY_50_SDA_PORT_ID,GY_50_SDA_PORT_PIN,DIR_INPUT);
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    data_temp <<= 1;
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,1);
    GY_50_Delay(1);
    data_temp |= LPLD_GPIO_Input_b(GY_50_SDA_PORT_ID, GY_50_SDA_PORT_NUM);
    LPLD_GPIO_Output_b(GY_50_SCL_PORT_ID, GY_50_SCL_PORT_NUM,0);
    GY_50_Delay(1);
  }
  SetGpioPortIO(GY_50_SDA_PORT_ID,GY_50_SDA_PORT_PIN,DIR_OUTPUT);
  //GY_50_Delay(1);
  return data_temp;
}

写一个字节

根据协议要求，串行传送信号

//单字节写入
void GY_50_WriteByte(uint8 add, uint8 data)
{
  GY_50_Start();
  GY_50_SendByte(GY_50_ADDRESS);
  GY_50_SendByte(add);
  GY_50_SendByte(data);
  GY_50_Stop();
}

读单个字节

根据协议要求，串行传送信号和指令

//单字节读取
uint8 GY_50_ReadByte(uint8 add)
{
  uint8 data_temp;
  GY_50_Start();
  GY_50_SendByte(GY_50_ADDRESS);
  GY_50_SendByte(add);
  GY_50_Start();
  GY_50_SendByte(GY_50_ADDRESS|0x01);
  data_temp = GY_50_ReceiveByte();
  GY_50_SendAck(1);
  GY_50_Stop();

  return data_temp;
}

延迟函数

该函数在总线周期为50M的K60芯片上大约延迟4us（k=1）

//延时函数
void GY_50_Delay(uint8 k)
{
  uint16 i,j;
  for(i=0;ifor(j=0;j<200;j++)
    {
      asm("nop");
    }
  }
}

注：

1. SetGpioPortIO(GPIO_Type *portx,uint32 pins,uint8 io)为一个改变GPIO引脚数据传送方向的函数。

希望以上对大家的学习有所帮助

注：个人才疏学浅，难免有疏漏之处，还望批评指正