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;
}


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