IIC总线原理

1. IIC总线概述

IIC总线

IIC总线是Philips公司在八十年代初推出的一种串行、半双工总线
主要用于近距离、低速的芯片之间的通信；IIC总线有两根双向的信号线一根数据线SDA用于收发数据，一根时钟线SCL用于通信双方时钟的同步；IIC总线硬件结构简单，成本较低，因此在各个领域得到了广泛的应用

IIC总线

IIC总线是一种多主机总线，连接在IIC总线上的器件分为主机和从机主机有权发起和结束一次通信，而从机只能被主机呼叫；当总线上有多个主机同时启用总线时，IIC也具备冲突检测和仲裁的功能来防止错误产生；
每个连接到IIC总线上的器件都有一个唯一的地址(7bit)，且每个器件都可以作为主机也可以作为从机(同一时刻只能有一个主机),总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作；IIC总线在通信时总线上发送数据的器件为发送器，接收数据的器件为接收器；

1.1 IIC总线通信过程

1. 主机发送起始信号启用总线
2. 主机发送一个字节数据指明从机地址和后续字节的传送方向
3. 被寻址的从机发送应答信号回应主机
4. 发送器发送一个字节数据
5. 接收器发送应答信号回应发送器
   … … （循环步骤4、5）
   n. 通信完成后主机发送停止信号释放总线

1.2 IIC总线寻址方式

IIC总线上传送的数据是广义的，既包括地址，又包括真正的数据
主机在发送起始信号后必须先发送一个字节的数据，该数据的高7位为从机地址，最低位表示后续字节的传送方向，'0’表示主机发送数据，'1’表示主机接收数据；总线上所有的从机接收到该字节数据后都将这7位地址与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己被主机寻址，然后再根据第8位将自己定为发送器或接收器

2. IIC总线信号实现

通信过程有5步，本质上就是有起始信号和停止信号、字节传送与应答

2.1 起始信号和停止信号

SCL为高电平时，SDA由高变低表示起始信号
SCL为高电平时，SDA由低变高表示停止信号
起始信号和停止信号都是由主机发出，起始信号产生后总线处于占用状态
停止信号产生后总线处于空闲状态

2.2 字节传送与应答

IIC总线通信时每个字节为8位长度，数据传送时，先传送最高位，后传送低位，发送器发送完一个字节数据后接收器必须发送1位应答位来回应发送器即一帧共有9位

2.3 同步信号

SCL和SDA总线空闲时都是高电平
同步信号：但凡是通信都存在两个问题，
一：什么时候发送什么时候接收
二：通信是用高低电平进行的，但是发送10和110从图上面都是高低电平，怎么区分呢？

串口的解决方法（一）：通信的开始之前，会先发送一个起始信号，表示通信的开始
串口的解决方法（二）：通过波特率（设置波特率为1）那么就表示每秒钟传送1位，一个 高/低 电平持续1秒

IIC总线的解决方法（一）：通信的开始之前，会先发送一个起始信号，表示通信的开始
IIC总线的解决方法（二）：
IIC总线可发送任意多个字节不会出现误差，因为收发双发用的同一总线
IIC总线在进行数据传送时，时钟线SCL为低电平期间发送器向数据线上发送一位数据，在此期间数据线上的信号允许发生变化，时钟线SCL为高电平期间接收器从数据线上读取一位数据，在此期间数据线上的信号不允许发生变化，必须保持稳定

3. 典型IIC时序

1. 主机向从机发送数据
   

2. 从机向主机发送数据
   

注：阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送；A表示应答， A非表示非应答，S表示起始信号，P表示终止信号

3. 主机先向从机发送数据，然后从机再向主机发送数据
   

注：阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送；A表示应答， A非表示非应答，S表示起始信号，P表示终止信号

IIC总线小例子：

若使用IIC总线让从机给主机发送一个字节的数据0xA2，画出SCL和SDA上的时序图

注：从机地址为0x63