IIC入门总结

目录

1.什么是IIC

2.IIC总线的一些特点

3.IIC总线协议

1）起始条件和结束条件

2）数据传输

3）响应（ACK）

4）从机地址

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1.什么是IIC

IIC（Inter-Integrated Circuit，是IICBus的简称，中文：集成电路总线），它是一种符合IIC协议的串行通信总线。一般两根线，一根是双向的数据线SDA，另一根也是双向的时钟线SCL，它们都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压。

2.IIC总线的一些特点

1）连接到总线上的器件分主机和从机。

• 主机：产生起始条件、产生时钟信号、产生结束条件的器件。
• 从机：被主机寻址的器件。

2）注意主机和发送器的区别，主机不仅可以发送数据，也可以接收数据，从机同理。但是发送器是只能发送数据到总线，接收器是只从总线接收数据。

3）总线上可以有多个主机和从机，在数据传输时可通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏（仲裁是指主机仲裁，也就是多个主机同时发起始信号，但是从机该听谁的呢？这时会有主机仲裁，要知道从机是不参与的，因为这时的从机不会去控制SDA或SCL变高或变低）。

4）每个连接到总线上的器件都有一个唯一的器件地址（注意：有的器件地址是外部引脚高低电平决定的，而有的是内部寄存器保存的，其地址可软件更改。再有，规定总线上的每个器件地址是唯一的，但如果你非要放两个相同地址的器件也没关系，这也是IIC，只是通信会出错）。

5）连接到总线上的器件数量只受到总线的最大电容400pF限制（还有一个限制是总线上的器件地址数量，如果器件地址分配完了，也就不能再连接设备了）。

6）数据传输速率标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s（一般由时钟的快慢调整传输速率，同时也要匹配合适的上拉电阻和电压）。

7）IIC只有一根数据线，也就是SDA，所以在传输数据时只能传0或1，也就是一个bit一个bit的传输，传8个bit就是一个Byte，而且收和发在同一根线上不能同时进行，所以要知道IIC是按位传输的串行半双工总线。

8）传输一位，对应一个时钟脉冲，注意IIC跟SPI不同，数据采样并不是在时钟的上升沿或下降沿采样，而是需要在SCL一个高电平期间，SDA保持稳定为高或低，才有效，如下图：（不然就跟“起始条件”或“结束条件”混了）。

3.IIC总线协议

1）起始条件和结束条件

起始条件：在 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换 这个情况表示起始条件（如下图）

停止条件：当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换表示停止条件（如下图）

IIC协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始条件作为开始，以一个结束条件作为传输的停止。在数据传输过程中，总线处于忙的状态，是由本次数据传输的主从设备独占，其他IIC器件无法访问总线，直到停止条件产生，本次数据传输的主从设备释放总线，总线再次处于空闲状态后，其它IIC器件才可访问总线。

注意：数据传输过程中，起始条件必须有，停止条件不一定有，但是释放总线时停止条件必须有。IIC总线在起始条件后被认为处于忙的状态，在停止条件后总线被认为处于空闲状态。

空闲状态：SDA和SCL都是高电平时为空闲状态

其实可以理解为什么规定SDA和SCL都是高电平时为空闲状态，首先，空闲意味着总线上的所有主机或从机都没有发送或接收数据，只要有一个设备要发送或接收数据，那么就不是空闲状态，然后对应到电路上，要知道， IIC设备被要求连接到总线的输出端必须是漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出，再看下图：IIC设备1和2，A或C处的漏极开路，在不导通时由上拉电阻拉高SCL总线的电平，但如果任意一个导通就会拉低整个SCL总线的电平，B和D同理，所以只能规定高电平时为空闲状态了。也就是所谓的：各设备的SDA是“与”的关系，SCL也是“与”的关系。

2）数据传输

在起始条件产生后，就是进行数据传输，IIC协议规定，传输数据时，发送到SDA线上的每个字节必须为8位，且先传输数据的高位（MSB），而且每传输一个字节后必须跟一个响应位。但是每次传输字节数量是不受限制的。

3）响应（ACK）

IIC协议规定，数据传输必须带响应。比如主机发了一个字节的数据，那么这时从机应该发送一个响应告诉主机它收到了（注意，此时的响应虽然是从机发出的，但是时钟还是主机提供的，也就是不管什么时候，不管主机是接收还是发送，只要是主机，那么时钟就是由这个主机提供）。那这个响应到底是啥？就是：在响应的时钟期间，发送器释放SDA线（释放后，SDA就被上拉电阻拉高了），而同时，在这个响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA线拉低，且保持整个时钟脉冲的高电平期间，SDA为稳定的低电平，就相当于回应了发送器ACK了，这就是响应。如下图：（主机发送起始条件，然后发送8bit数据，然后主机把SDA线释放并且再给一个时钟，在这个时钟周期内，如果从机拉低了SDA表示回复了ACK，如果没有拉低，表示没有回复ACK）

注意1：NOT ACK一般在什么时候用呢？在“主机-接收器”接收数据时，接收完数据想通知“从机-发送器”释放SDA线时，会回复NACK，“从机-发送器”收到NACK后就会释放SDA，从而允许主机产生一个停止条件或重复起始条件。比如MCU（主机）从AT24C02（从机）读取数据，如下图：

注意2：虽说SCL上的时钟脉冲是由主机提供，但从机也有控制SCL的时候，且，有且仅有一种情况下从机会控制时钟，就是它忙的时候，会拉低SCL，表示忙，不能收发数据。如下图：

或是可以看下前辈们的经验总结：

被坑记—使用I2C需注意时钟方向 被坑记—使用I2C需注意时钟方向 - 模拟与混合信号 - 电子工程世界-论坛

4）从机地址

在上面“读AT24C02的数据”的图中，可以看到主机产生了一个起始条件（START）后，发送了一个从机地址（DEVICE ADDRESS），这个地址共有7位，而这个字节的第8位是表示数据的方向（R/W）,‘0’表示发送（写），‘1’表示接收（读）。（为了适应不断增长的新器件，IIC总线规范也做了扩展升级，比如：10位寻址，允许使用高达1024个额外的从机地址）

（完）

理解以上内容后，在使用IIC总线进行主从设备间的读写数据时，参考具体的IIC设备的读写时序图就知道怎么用了。

1.例如MCU向AT24C02的某个地址写一个字节数据，如下：

主机	Start	AT24C02地址+W（0）		要写数据的地址		写入的数据		STOP
从机			ACK		ACK		ACK

2.再举个MCU读AT24C02的例子方便理解，如下：

主机	通信过程	从机
主机：我想跟从机通信，我得先发一个起始条件，通知他们	主机发送START	总线上的所有的从机都收到了起始条件，然后都得准备接收数据，看主机到底找谁
主机：我想找地址为ABC的从机，读它的数据	主机发送从机设备地址ABC+R(读)	非ABC的从机们都不用准备了。而从机ABC收到后知道是要读它的数据，会先回复主机
主机收到ACK后：ABC已经收到我的请求了，我得释放SDA线，让ABC去控制，这样，等到下一个时钟我可以直接读SDA的电平，就是ABC的数据了。	从机ABC回复:ACK	回复的内容就是：“我已收到，请准备下个时钟接收我的数据”
主机继续控制着时钟，并在接下来的8个时钟周期内，读8次SDA线的电平,也就是从机ABC发的8bit数据了	从机在主机的时钟周期下，控制SDA（从机发送数据，主机读取数据）	从机接收到主机控制的时钟SCL拉低了，赶紧准备好SDA的电平，等SCL被主机拉高后，主机就可以读我的数据了。（从机ABC在主机的时钟指导下，控制了8次SDA总线），发完一个字节后，我等一下，看主机有没有收到。
主机：读了一个字节数据了，不读了，下个时钟回不回复从机都可以了（因为下个时钟，我回NOACK，或是不回任何东西，SDA都被从机释放了，就是高电平，从机读SDA是高电平就不再发数据了。）	主机在下个时钟回复：NOACK	从机ABC：嗯？SDA是高电平，他是没收到还是不要数据了？不管了，反正我已经释放SDA后，SDA还是高电平，那我就不再发数据了，
主机在回复NOACK的下一个时钟，发停止条件，释放SDA和SCL总线，并想：真累啊，整个过程不管读写都是我提供时钟！	主机发送STOP	从机ABC:嗯，主机释放了总线，现在又是空闲状态了。