如何更加深入理解I2C總線、協(xié)議及應(yīng)用

Ⅰ

開始和停止條件

SCL時鐘電平為高：

SDA數(shù)據(jù)線由高 -> 低 為總線開始條件；

SDA數(shù)據(jù)線由低 -> 高 為總線結(jié)束條件；

（注意：開始之后將SCL變?yōu)榈碗娖?，防止誤操作SDA使其通信停止，見源代碼）

時序圖：

源代碼程序：

/************************************************

函數(shù)名稱 ： I2C_Start

功 能 ： I2C開始

參 數(shù) ： 無

返 回 值 ： 無

作 者 ： strongerHuang

*************************************************/

voidI2C_Start(void)

{

I2C_SCL_HIGH; //SCL高

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH; //SDA高 -> 低

I2C_Delay();

I2C_SDA_LOW; //SDA低

I2C_Delay();

I2C_SCL_LOW; //SCL低(待寫地址/數(shù)據(jù))

I2C_Delay();

}

/************************************************

函數(shù)名稱 ： I2C_Stop

功 能 ： I2C停止

參 數(shù) ： 無

返 回 值 ： 無

作 者 ： strongerHuang

*************************************************/

void I2C_Stop(void)

{

I2C_SDA_LOW; //SDA低 -> 高

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH; //SCL高

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH; //SDA高

I2C_Delay();

}

Ⅱ

數(shù)據(jù)位傳輸

SCL時鐘電平為低， 可以改換SDA數(shù)據(jù)線的電平，在SCL上升沿的過程將SDA數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

（切記：請先將SCL變?yōu)榈碗娖?，再改變SDA電平狀態(tài)。 主要用于I2C讀寫B(tài)yte函數(shù)，這兩個函數(shù)網(wǎng)上很多人寫的不規(guī)范，引用需注意，在下面我會舉例說明）

時序圖：

發(fā)送一位“高”數(shù)據(jù)流程:

SCL_LOW時鐘低 -> SDA_HIGH數(shù)據(jù) -> SCL_HIGH時鐘高

Ⅲ

應(yīng)答位信息

I2C是以字節(jié)（8位）的方式進行傳輸，總線上每傳輸完1字節(jié)之后會有一個應(yīng)答信號，主器件(主機)需要產(chǎn)生對應(yīng)的一個額外時鐘。

應(yīng)答位產(chǎn)生及接收：

1.在（主機）寫數(shù)據(jù)的時候是從機應(yīng)答（給主機），主機檢測；

2.在（主機）讀數(shù)據(jù)的時候是主機應(yīng)答（給從機），從機檢測；

（我們借助I2C讀寫函數(shù)一起理解）

1.主機寫，從機應(yīng)答，主機讀取應(yīng)答

時序圖：

源代碼：

/************************************************

函數(shù)名稱 ： I2C_GetAck

功 能 ： I2C主機讀取應(yīng)答(或非應(yīng)答)位

參 數(shù) ： 無

返 回 值 ： I2C_ACK ----- 應(yīng)答

I2C_NOACK --- 非應(yīng)答

作 者 ： strongerHuang

*************************************************/

uint8_t I2C_GetAck(void)

{

uint8_t ack;

I2C_SCL_LOW; //SCL低 -> 高

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH; //釋放SDA(開漏模式有效)

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH; //SCL高(讀取應(yīng)答位)

I2C_Delay();

if(I2C_SDA_READ)

ack = I2C_NOACK;//非應(yīng)答

else

ack = I2C_ACK; //應(yīng)答

I2C_SCL_LOW; //SCL低

I2C_Delay();

returnack;

}

2.主機讀，主機產(chǎn)生應(yīng)答

時序圖：

源代碼：

/************************************************

函數(shù)名稱 ： I2C_PutAck

功 能 ： I2C主機產(chǎn)生應(yīng)答(或非應(yīng)答)位

參 數(shù) ： I2C_ACK ----- 應(yīng)答

I2C_NOACK --- 非應(yīng)答

返 回 值 ： 無

作 者 ： strongerHuang

*************************************************/

voidI2C_PutAck(uint8_t Ack)

{

I2C_SCL_LOW; //SCL低

I2C_Delay();

if(I2C_ACK == Ack)

I2C_SDA_LOW; //應(yīng)答

else

I2C_SDA_HIGH; //非應(yīng)答

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH; //SCL高 -> 低

I2C_Delay();

I2C_SCL_LOW; //SCL低

I2C_Delay();

}

Ⅳ

I2C寫一字節(jié)

這里說的I2C寫，是主機往從機接入1Byte的數(shù)據(jù)；

“寫”要求按照上面的“數(shù)據(jù)為傳輸”來操作：在SCL時鐘為低電平時準備好，待SCL為高電平時發(fā)送出去。

寫完一字節(jié)（8位）之后，讀取從機的應(yīng)答位：

若為0，表示從機應(yīng)答，可以繼續(xù)下一步操作；

若為1，表示從機非應(yīng)答，不能進行下一步操作。

注意：

I2C寫一字節(jié)，不是EEPROM寫一字節(jié)（需要區(qū)分開來）

寫一字節(jié)時序（前面8位數(shù)據(jù) + 最后1為應(yīng)答）：

源代碼：

/************************************************

函數(shù)名稱 ： I2C_WriteByte

功 能 ： I2C寫一字節(jié)

參 數(shù) ： Data --- 數(shù)據(jù)

返 回 值 ： 無

作 者 ： strongerHuang

*************************************************/

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_LOW; //SCL低(SCL為低電平時變化SDA有效)

I2C_Delay();

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;//SDA高

else

I2C_SDA_LOW; //SDA低

Data <<= 1;

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH; //SCL高(發(fā)送數(shù)據(jù))

I2C_Delay();

}

I2C_SCL_LOW; //SCL低(等待應(yīng)答信號)

I2C_Delay();

I2C_GetAck(); //讀取應(yīng)答位

}

提示：

網(wǎng)上常見幾種關(guān)于“I2C寫數(shù)據(jù)函數(shù)”的不規(guī)范寫法, 或許整個I2C驅(qū)動能通信成功，但各個函數(shù)之間依賴關(guān)系很強，不便理解，也不是標準的函數(shù)。

1.首先將SCL置高：

voidI2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_HIGH;

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW;

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

}

I2C_GetAck();

}

這種程序的寫法有一個致命的地方（有可能停止，或重新開始I2C通信）：

首先將SCL置高：

A.若之前SDA是低電平，第一位寫入高電平,將停止I2C通信。

B.若之前SDA是高電平，第一位寫入低電平,將重新開始I2C通信。

2.寫完8位數(shù)據(jù)之后，未將SCL置低（也就是SCL保持高電平狀態(tài)）

由于寫完8位數(shù)據(jù)之后，將要讀取應(yīng)答信號，也就是要SDA將從輸出狀態(tài)變?yōu)檩斎霠顟B(tài)。

這個時候SCL為高，如果SDA最后一位是低且SDA是開漏模式，需要將SDA釋放，也就是要將SDA置位高，那么，這個時候就進行了一個停止操作。

3.時序混亂

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

I2C_SCL_HIGH;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW;

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

I2C_SCL_HIGH;

}

I2C_GetAck();

}

多種問題的例子，有可能產(chǎn)生以下問題：

A.有可能多寫1位數(shù)據(jù)；

B.有可能停止I2C通信；

C.有可能重新開始I2C通信。

Ⅴ

I2C讀一字節(jié)

I2C的讀一字節(jié)函數(shù)，其實和“寫一字節(jié)”類似，只是數(shù)據(jù)傳輸方向相反，應(yīng)答的方向也是相反。

讀完一字節(jié)（8位）之后，由主機產(chǎn)生應(yīng)答（或非應(yīng)答）位：

若產(chǎn)生應(yīng)答，表示可以繼續(xù)讀下一字節(jié)操作（從設(shè)備地址指向下一字節(jié)）；

若產(chǎn)生非應(yīng)答，表示不可以繼續(xù)讀下一字節(jié)操作；

網(wǎng)上I2C讀數(shù)據(jù)程序和“寫數(shù)據(jù)”類似，存在很多不標準的版本，參考時請注意。

讀一字節(jié)時序（主機讀取前面8位數(shù)據(jù) + 主機產(chǎn)生1為非應(yīng)答<連續(xù)讀，主機產(chǎn)生應(yīng)答位>）：

源代碼：

/************************************************

函數(shù)名稱 ： I2C_ReadByte

功 能 ： I2C讀一字節(jié)

參 數(shù) ： ack --------- 產(chǎn)生應(yīng)答(或者非應(yīng)答)位

返 回 值 ： data -------- 讀取的一字節(jié)數(shù)據(jù)

作 者 ： strongerHuang

*************************************************/

uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack)

{

uint8_t cnt;

uint8_t data;

I2C_SCL_LOW; //SCL低

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH; //釋放SDA(開漏模式有效)

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_HIGH; //SCL高(讀取數(shù)據(jù))

I2C_Delay();

data <<= 1;

if(I2C_SDA_READ)

data |= 0x01; //SDA為高(數(shù)據(jù)有效)

I2C_SCL_LOW; //SCL低

I2C_Delay();

}

I2C_PutAck(ack); //產(chǎn)生應(yīng)答(或者非應(yīng)答)位

return data; //返回數(shù)據(jù)

}