【硬件通讯协议】IIC总线协议以及模拟(软件)IIC
参考资料
NXP 官方网站提供的IIC总线规范
I2C-bus specification and user manua
https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf别再去下那些狗东西不知道从哪里弄来还要下载积分的烂玩意了！
本篇所有图片均摘自 IIC总线规范 。
IICBus
IIC一共只有两条线，双向串行数据线SDA、串行时钟线SCL。IIC是半双工的！
- SDA：Serial Data（数据信号线）
- SCL： Serial Colck Line（时钟信号线）
IIC应用电路
IIC 总线要求每个设备的SCL/SDA线都是漏极开路(OD)模式，因此总线必须带有上拉电阻才能正常工作。
上拉电阻的大小也会影响电平转换的时间，4.7K 就行。(是我在5V通讯下验证的值，应用需注意)
什么是漏极开路模式？
想想 51 单片机的 P0 口，就是很典型的漏极开路输出，因此要作为准双向口时，需要上拉电阻。
对于晶体管和场效应管来说：就是将 OUTPUT 端口接在漏极：
图中电阻即为上拉电阻，因 MOSFET 导通时，只有将 OUTPUT 拉低的能力而没有将 OUTPUT 抬升的能力，所以需要上拉电阻拉高 OUTPUT 的电平。
这种办法应用在驱动电路上是有很大好处的，驱动电流也不用很大就能控制大负载。
IIC 可在元件不同电压下进行通讯
各种电源电压共享同一IIC总线的例子
数据有效性
SDA 线上的数据要在时钟信号为高电平时保持稳定，在时钟信号为低电平时进行切换！
起始和停止
当 SCL(时钟信号线) 为高电平时，SDA 下降沿表示为起始信号，SDA 上升沿表示停止信号。
在这个起始和停止检测时，对硬件IIC很简单，软件IIC作为从机时，需要注意一下。
数据位
手册规定。SDA 上的数据必须为8位每字节。但是每次传输的字节数不受限制，每字节后要跟一个应答位(ACK)。数据先由最高位(MSB)传输。从机或主机暂时无法传输或接收完整数据时，可将SCL保持为低，进入等待状态。待时钟恢复时继续传输。
关于应答位：
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据。发送完一个字节后，主机释放 SDA 的控制权，以便从机发送应答位。
- ACK：SCL高电平时，SDA为低电平，表示数据被接收了。
- NACK：（无应答）SCL高电平时，SDA为高电平
从机地址
开始后，发送7位地址，第8位为读/写标志位(0:W、1:R)。
开始后的第一个字节：
这样有几种情况，从机向主机发送信息，主机向从机发送信息，发送接收交替进行。
主机向从机写入的情况
主机读取从机情况
改变数据流方向
十位地址寻址方式
第一字节的前七位为 1111 0XX ，最后两位是十位地址的最高有效位(MSB)。第8位为 R/W 位。
有这种使用方法：
10 位寻址未广泛使用，不做过多介绍。
软件IIC时还应注意电平跳变不是瞬间完成的，需要一定的延时！！！
IIC总线接口的软件实现-89C51
为了方便理解，将软件实现分为几个部分：
sbit I2C_SDA = P1^0;
sbit I2C_SCL = P1^1;延时函数
nop 代表运行一个时钟周期，此函数常常用在某些协议中的一个短延时！
void I2C_Delay(void)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}IICBus发出起始信号
起始信号是在SCL高电平时SDA实现下降沿。
void I2C_Start(void)
{
I2C_SDA = 1;
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
I2C_SDA = 0;
I2C_Delay();
I2C_SCL = 0;
}IICBus发出结束信号
结束信号是在SCL高电平时SDA实现上升沿。
void I2C_Stop(void)
{
I2C_SDA = 0;
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
I2C_SDA = 1;
I2C_Delay();
I2C_SCL = 0;
}IICBus发出应答信号
SCL高电平时，SDA为低电平，表示数据被接收了。
void I2C_ASK(void)
{
I2C_SDA = 0;
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
I2C_SDA = 1;
I2C_SCL = 0;
}
IICBus发出非应答信号
void I2C_NOASK(void)
{
I2C_SDA = 1;
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
I2C_SDA = 0;
I2C_SCL = 0;
}
IICBus上发送一字节的数据
void I2C_SendByte(unsigned char c)
{
unsigned char i;
for(i=8; i>0; i--)
{
if(c & 0x80)
I2C_SDA = 1;
else
I2C_SDA = 0;
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
I2C_SCL = 0;
C = C<<1;
}
I2C_SDA = 1; //释放 I2C_SDA 数据线，准备接收应答信号
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
while(!(0 == I2C_SDA && 1 == I2C_SCL));
// 这里可加入超时执行其他函数的功能
}把上述代码后四行改成检测主机应答位的情况
void I2C_ChickACK(void)
{
I2C_SDA = 1;
I2C_SCL = 1;
F0 = 0;
if(I2C_SDA == 1)
F0 = 1; //无应答
I2C_SCL = 0;
}IICBus上接收一字节的数据
unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
unsigned char i;
unsigned char r;
I2C_SDA = 1;
for(i=8; i>0; i--)
{
r = r<<1;
I2C_SCL = 1;
I2C_Delay();
if(I2C_SDA)
r = r|0x01;
I2C_SCL = 0;
}
return r;
}实际例子
读 ADS1100 的 A/D 转换值。
#define READ_ADDR 0X90 // 1001 0000 // 读寄存器地址
#define WRITE_ADDR 0X91 // 1001 0001 // 写寄存器地址
#define CFG_WORD 0X8F // 1000 1111 // 配置寄存器预设
unsigned char AD_H; // 存储AD转换高八位
unsigned char AD_L; // 存储AD转换低八位
bit SYS_ERR; // 从机错误标志位
/* 配置寄存器进行设置
* @ setting_data: 要配置的参数
*/
void ADS1100_INIT(unsigned char setting_data)
{
I2C_Start();
I2C_SendByte(WRITE_ADDR);
I2C_CheckACK();
if(FO == 1)
{
SYS_ERR = 1;
return;
}
I2C_SendByte(setting_data);
I2C_CheckACK();
if(FO == 1)
{
SYS_ERR = 1;
return;
}
I2C_Stop();
}
/* 用于读取A/D转换的结果
*/
void READ_ADS1100(void)
{
I2C_Start();
I2C_SendByte(READ_ADDR);
I2C_CheckACK();
{
SYS_ERR = 1;
return;
}
AD_H = I2C_ReceiveByte();
I2C_ASK();
AD_L = I2C_ReceiveByte();
I2C_NOACK();
I2C_Stop();
}
void main()
{
ADS1100_INIT(CFG_WORD);
READ_ADS1100();
}
现在基本上芯片都有硬件I2C接口了，此只是作为一个了解，另此部分代码为自己推理，位编译进行验证，仅供参考用。
今日学习达成！
