IIC通信协议

1.IIC简介

        I2C是一种同步通信，以半双工方式传送的串行总线。由数据线SDA和时钟SCL构成的，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。

2.读写数据概念

        1.读数据：指MCU从器件的数据总线上根据一定的时序来读取器件的数据。一般而言，MCU提供一个边沿信号，告诉器件可以发数据了，器件检测到边沿信号以后，立即在数据总线上更新数据，待数据稳定以后，MCU即可读取数据。

      2. 写数据：是指MCU向器件写入数据，其操作是：先将数据放置在数据总线上，等待其稳定之后，MCU产生一个边沿信号，将数据写入器件

      3.IIC总线读写数据

• 读数据：MCU发出边沿信号（下降沿）告诉器件发送数据，检测到边沿信号之后，器件更新数据，等待稳定之后MCU读取数据。
• 写数据：MCU先将数据放置在数据总线上，等待其稳定之后，从机检测到边沿信号（上升沿）后写数据到器件

3.IIC协议

       1. 包含空闲状态、起始信号、停止信号、应答信号、数据的有效性、数据传输

• 空闲状态：I2C总线总线的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：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变
• 停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变

• 应答信号：发送器每发送一个字节，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。 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。
  对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 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P。

• 数据的有效性：I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定。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。并在下降沿到来之前必须稳定

简单来讲：（先忽略应答信号；图中SCL为同一个脉冲）

4.总结

参考博客：I2C 时序详解，精确到每一个时钟_谁de如花的博客-CSDN博客_i2c时钟

4.1 MCU通过IIC写数据到器件，连续写入两个字节

要点：

• SCL低电平期间，SDA允许数据变化，主机可以将一位数据送到SDA上，所以要设置主机的SDA为输出、拉低SCL。
• SCL高电平期间，SDA数据稳定，往从机写入数据。8个持续脉冲，完成一个字节的写入。
• 第9个脉冲，从机在低电平期间将应答信号放到SDA上，主机在高电平期间读取SDA，所以要设置主机的SDA为输入，SDA为0则应答，SDA为1则非应答

 4.2 MCU通过IIC读取器件的数据，读取两个字节

要点：

• 主机要读取数据，所以设置SDA为输入
• 时钟下降沿通知从机要将数据放在SDA上，并在低电平期间从机会将一位数据放置在SDA上，接下来的高电平期间，数据稳定了，主机在读取SDA数据
• 8个持续脉冲，完成一个字节的读取

5.正点原子的程序实例：

#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

//IO操作函数    
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA    
#define READ_SDA   PBin(7)  //输入SDA

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{                         
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(    RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );    //使能GPIOB时钟
       
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);     //PB6,PB7 输出高
}

//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();     //sda线输出
    IIC_SDA=1;            
    IIC_SCL=1;
    delay_us(4);
     IIC_SDA=0;//when CLK is high,DATA change form high to low
    delay_us(4);
    IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}      

//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();//sda线输出
    IIC_SCL=0;
    IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
     delay_us(4);
    IIC_SCL=1;
    IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
    delay_us(4);                                   
}

//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
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;//时钟输出0        
    return 0;  
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;//低电平期间将SDA线拉低
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答            
void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;//低电平期间不拉低SDA线
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=0;
}  

                                       
//MCU通过IIC往从机写入一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答              
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
    SDA_OUT();//设置SDA 为输出      
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;//SCL低电平期间，主机将一位数据放置SDA上
        txd<<=1;       
        delay_us(2);  
        IIC_SCL=1;//SCL高电平期间，往从机写入数据
        delay_us(2);
        IIC_SCL=0;    
        delay_us(2);
    }    
}         
//MCU通过IIC读取从机一个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
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;//SCL低电平期间，从机将数据放在SDA上
        delay_us(2);
        IIC_SCL=1;//SCL高电平期间，主机读取SDA数据
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
        delay_us(1);
    }                    
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

6.2402芯片的使用

        

（1）芯片的寻址：
        AT24C设备地址为如下，前四位固定为1010，A2~A0为由管脚电平。AT24CXX EEPROM Board模块中默认为接地。A2-A0=000，最后一位表示读写操作。所以AT24Cxx的读地址为0xA1,写地址为0xA0。

也就是说如果是
写24C02的时候，从器件地址为10100000（0xA0）；
读24C02的时候，从器件地址为10100001（0xA1）。

（2）片内地址寻址：

      芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。
具体解释：
        由于24C02只有256个字节的存储空间，所以只需要1个字节就可以寻址完24C02的存储空间，但是无法寻址完更大容量的存储IC，比如24C04的存储容量是512字节，需要9个bit的地址位才能寻址完。由上图可以看到，24C04的设备地址内是没有A0参数的，被a8代替了，这个a8就是24C04的第9个bit的地址位，也就是说24C04的A0引脚是不起作用的，这样也就造成了在I2C总线上只能同时挂载4个24C04芯片。其它存储器如24C08、24C16也可以这么类推。

24C02的WP引脚是写保护引脚，当WP引脚接高电平的时，24C02只能进行读取操作，不能进行写操作。只有当WP引脚悬空或接低电平时，24C02才能进行写操作。