iic(IIC通信协议,搞懂这篇就够了)

注:公众号后台发送“IIC”即可获取基于STM32上实现软件模拟IIC的完整代码。I2C(IIC)属于两线式串行总线,由飞利浦公司开发用于微控制器(MCU)和外围设备(从设备)进行通信的一种总线,属于

  注:公众号后台发送 “IIC” 即可获取基于STM32上实现软件模拟IIC的完整代码。

  I2C(IIC)属于两线式串行总线,由飞利浦公司开发用于微控制器(MCU)和外围设备(从设备)进行通信的一种总线,属于一主多从(一个主设备(Master),多个从设备(Slave))的总线结构,总线上的每个设备都有一个特定的设备地址,以区分同一I2C总线上的其他设备。

  物理I2C接口有两根双向线,串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)组成,可用于发送和接收数据,但是通信都是由主设备发起,从设备被动响应,实现数据的传输。

  IIC通信协议,搞懂这篇就够了

  I2C主设备与从设备的一般通信过程

  一. 主设备给从设备发送/写入数据:

  1. 主设备发送起始(START)信号

  2. 主设备发送设备地址到从设备

  3. 等待从设备响应(ACK)

  4. 主设备发送数据到从设备,一般发送的每个字节数据后会跟着等待接收来自从设备的响应(ACK)

  5. 数据发送完毕,主设备发送停止(STOP)信号终止传输

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  二. 主设备从从设备接收/读取数据

  1. 设备发送起始(START)信号

  2. 主设备发送设备地址到从设备

  3. 等待从设备响应(ACK)

  4. 主设备接收来自从设备的数据,一般接收的每个字节数据后会跟着向从设备发送一个响应(ACK)

  5. 一般接收到最后一个数据后会发送一个无效响应(NACK),然后主设备发送停止(STOP)信号终止传输

  IIC通信协议,搞懂这篇就够了

  注:具体通信过程需视具体时序图而定

  I2C通信的实现

  一. 使用I2C控制器实现

  就是使用芯片上的I2C外设,也就是硬件I2C,它有相应的I2C驱动电路,有专用的IIC引脚,效率更高,写代码会相对简单,只要调用I2C的控制函数即可,不需要用代码去控制SCL、SDA的各种高低电平变化来实现I2C协议,只需要将I2C协议中的可变部分(如:从设备地址、传输数据等等)通过函数传参给控制器,控制器自动按照I2C协议实现传输,但是如果出现问题,就只能通过示波器看波形找问题。

  二. 使用GPIO通过软件模拟实现

  软件模拟I2C比较重要,因为软件模拟的整个流程比较清晰,哪里出来bug,很快能找到问题,模拟一遍会对I2C通信协议更加熟悉。

  如果芯片上没有IIC控制器,或者控制接口不够用了,通过使用任意IO口去模拟实现IIC通信协议,手动写代码去控制IO口的电平变化,模拟IIC协议的时序,实现IIC的信号和数据传输,下面会讲到根据通信协议如何用软件去模拟。

  I2C通信协议

  IIC总线协议无非就是几样东西:起始信号、停止信号、应答信号、以及数据有效性。

  一. 空闲状态

  时钟线(SCL)和数据线(SDA)接上拉电阻,默认高电平,表示总线是空闲状态。

  二. 从设备地址

  从设备地址用来区分总线上不同的从设备,一般发送从设备地址的时候会在最低位加上读/写信号,比如设备地址为0x50,0表示读,1表示写,则读数据就会发送0x50,写数据就会发送0x51。

  三. 起始(START)信号

  I2C通信的起始信号由主设备发起,SCL保持高电平,SDA由高电平跳变到低电平。

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  四. 停止(STOP)信号

  I2C通信的停止信号由主设备终止,SCL保持高电平,SDA由低电平跳变到高电平。

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  五. 数据有效性

  I2C总线进行数据传送时,在SCL的每个时钟脉冲期间传输一个数据位,时钟信号SCL为高电平期间,数据线SDA上的数据必须保持稳定,只有在时钟线SCL上的信号为低电平期间,数据线SDA上的高电平或低电平状态才允许变化,因为当SCL是高电平时,数据线SDA的变化被规定为控制命令(START或STOP,也就是前面的起始信号和停止信号)。

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  六. 应答信号(ACK:有效应答,NACK:无效应答)

  接收端收到有效数据后向对方响应的信号,发送端每发送一个字节(8位)数据,在第9个时钟周期释放数据线去接收对方的应答。

  当SDA是低电平为有效应答(ACK),表示对方接收成功;

  当SDA是高电平为无效应答(NACK),表示对方没有接收成功。

  发送数据需要等待接收方的应答:

  接收数据需要向发送方发送应答:

  注:公众号后台发送 “IIC” 即可获取基于STM32上实现软件模拟IIC的完整代码。

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