示波器解析IIC通讯

通过示波器解析IIC通讯

可以通过示波器捕获IIC SDA数据线,SCL时钟线波形，结合协议规则，加深我对IIC协议的学习和理解

一、IIC数据协议简要介绍

IIC主要用于SOC与其外围设备的通信， 属于串行通信，并且其通信速率较低，可在软件中设置外围设备的最高速率，不过一般就几百KHZ，一般用到IIC的设备有TP、Sensor、EEPROM等。
SCL：时钟信号，主设备向从设备提供时钟的通道；
SDA：数据信号，所有的数据以位为单位在SDA上传输。
1、通信的两方分主设备和从设备，整个通信由主设备发起并主导，从设备只是根据主设备的通信数据进行响应；
2、多个从设备可以挂在一个主设备上，主设备通过调动总线来决定某一时间与哪一个从设备通信，并且当与某一个从设备出于通信状态，其他从设备即保持沉默状态，每个从设备都有自己的专有属性的地址，主设备与从设备就是通过这个地址进行“碰头”。所谓“碰头”即：主设备在每个通信周期会先发8位的从设备地址（但其实8位中只有7位是从设备地址，还有1位表示主设备“读”或“写”）到总线（主设备是以广播的形式发送的，只要是总线上的所有从设备其实都能收到这个信息）。然后总线上的每个从设备都能收到这个地址，并且收到地址后和自己的设备地址比较看是否一致。如果一致则说明主设备本次通信就是给我说话，如果不一致说明这次通信与我无关，不是需要的通信对象；发送方发送一段数据后，接收方需要回应一个ACK。这个响应本身只有1个bit位，不能携带有效信息，只能表示2个意思（要么表示收到数据，即有效响应；要么表示未收到数据，即无效响应）；在某一个通信时刻，主设备和从设备只能有一个在发（占用总线，也就是向总线写），另一个在收（从总线读）。不能在某个时间主设备和从设备都试图向总线写。
3.为什么开漏输出
1、防止短路，主从GPIO链接在一起，如果设置为推挽输出一个输出1一个输出0，那么直接就短路了。
2、线与
数电的知识，两个输出端直接互连就可以实现"AND"的逻辑功能。如果输入都是高电平，那么输出的就是高电平，否则输出就是低电平。
3、线与的作用：多主设备抢占总线的仲裁。
IIC支持多主机多从机通讯，当多个主机需要开始启动总线通讯的时候，线与就起到作用了
主机 SCL 高电平，SDA
IIC总线工作原理
（1）主机首先发出开始信号，接着发送1字节的数据，其中高7位的地址码和最低1位的方向位组成，方向位表示主机和从机间的传输方向 0 表示主机向从机写数据，1表示主机向从机读数据。
（2）系统中的所有从机将自己的地址和主机发送到总线的地址进行比较，如果从机地址与总线地址相同，那从机与主机进行数据交互。
（3）根据方向位，主机从从机接收数据或向从机发送数据。
（4）当数据发送完成后，主机发送一个停止信号，释放IIC总线。
（5）所有的从机等待下一次的开始信号。

二、IIC硬件准备

硬件选用arduino UNO 两块开发板，一个做主机，一个做从机,实现主从通讯。因为IIC SDA SCK是开漏输出没有高电平输出能力，在SCK和SDA加上3.3K上拉电阻。

三、IIC代码实现

主机代码是IIC发送变量x，x++。
从机代码是IIC接收数据，并printf。

#include 
#include 

#define enable 1  //1表示选择编译主机代码  0表示选择编译从机代码

#if(enable)

void setup() {
  Wire.begin(); 		// Wire初始化，作为主机加入到IIC总线
}

byte x = 0;					// 定义一个byte变量以便串口调试
void loop() {
  Wire.beginTransmission(8); 		// 向地址为8的从机传送数据
  Wire.write(x);              	    // 发送变量X数据
  Wire.endTransmission();    	 	// 结束传送
  x++;
  delay(500);
}

#else

// 直接在Arduino IDE选择“文件”→“示例”→Wire→slave_receiver，可以打开该文件

// 当主机发送的数据被收到时，将触发 receiveEvent() 事件
void receiveEvent(int howMany) {
// 循环读取收到的数据，最后一个数据单独读取
  while (1 < Wire.available()) { 
    char c = Wire.read(); 			// 以字符形式接收数据
    Serial.print(c);         		// 串口输出该字符串
  }
  int x = Wire.read();    			// 以整型形式接收数据
  Serial.print(x);         		// 串口输出该整型变量
}


void setup() {
  Wire.begin(8);                // Wire初始化, 并以从设备地址8的身份加入IIc总线
  Wire.onReceive(receiveEvent); // 注册一个IIC事件，用于响应主机的数据发送
  Serial.begin(9600);           // 初始化串口并设置波特率为9600
}

void loop() {
  delay(100);
}


#endif

四、示波器捕获IIC波形

使用示波器选择IIC协议解析，清晰呈现波形和解析数据可以得到关键数据
地址：0x08
R/W: 主机写
Data: 发送数据0xAB

下面通过辨别比较SDA和SCL 波形状态读出关键数据内容

五、总结

通过示波器观察IIC数据协议，加深了对IIC的理解。