IIC通信的基礎(chǔ)知識(shí)

[]()# IIC概述

IIC:兩線式串行總線，它是由__數(shù)據(jù)線SDA__和__時(shí)鐘線__SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，其使用IO使用較少，

在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，高速IIC總線一般可達(dá)400kbs以上。

時(shí)鐘線SCL：在通信過程起到控制作用。

數(shù)據(jù)線SDA：用來一位一位的傳送數(shù)據(jù)。

IIC分為軟件IIC和硬件IIC

軟件IIC：軟件IIC通信指的是用單片機(jī)的兩個(gè)I/O端口模擬出來的IIC，用軟件控制管腳狀態(tài)以模擬I2C通信波形，軟件模擬寄存器的工作方式。

硬件IIC：一塊硬件電路，硬件I2C對(duì)應(yīng)芯片上的I2C外設(shè)，有相應(yīng)I2C驅(qū)動(dòng)電路，其所使用的I2C管腳也是專用的，硬件（固件）I2C是直接調(diào)用內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置。

補(bǔ)充 ：

1.硬件I2C的效率要遠(yuǎn)高于軟件的，而軟件I2C由于不受管腳限制，接口比較靈活。

2.IIC是半雙工通信方式

[]()# IIC通信協(xié)議

IIC通信過程由開始、結(jié)束、發(fā)送、響應(yīng)、接收五個(gè)部分構(gòu)成。

1、（在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的時(shí)候）當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA線不允許變化；當(dāng)SCL線為低電平時(shí)，SDA線可以任意0、1變化。

2、（在任意時(shí)候）只有當(dāng)SCL為高電平時(shí)，IIC電路才對(duì)SDA線上的電平（0或者1）進(jìn)行記錄，當(dāng)SCL線為低電平時(shí)，無論SDA是高還是低，IIC電路都不對(duì)SDA進(jìn)行采樣。

[]()### 空閑狀態(tài)

在介紹上面五個(gè)部分前，我們首先說說空閑狀態(tài)，什么是空閑狀態(tài)，就是__沒有通信時(shí)的狀態(tài)__（ 初始狀態(tài) ）

I2C總線的SDA和SCL兩條信號(hào)同時(shí)處于高電平時(shí)，規(guī)定為總線的空閑狀態(tài)。此時(shí)各個(gè)器件的輸出級(jí)場(chǎng)效管均處在截止?fàn)顟B(tài)，即釋放總線，由兩條信號(hào)線各自的上拉電阻把電平拉高。

[]()### 開始信號(hào)與停止信號(hào)

開始信號(hào)：當(dāng)SCL為高期間，SDA由高到低的跳變；啟動(dòng)信號(hào)是一種電平跳變時(shí)序信號(hào)，而不是一個(gè)電平。

停止信號(hào)：當(dāng)SCL為高期間，SDA由低到高的跳變；停止信號(hào)也是一種電平跳變時(shí)序信號(hào)，而不是一個(gè)電平信號(hào)。

開始信號(hào)程序 ：

//產(chǎn)生IIC起始信號(hào)

//1.設(shè)置SDA輸出

//2.先拉高SDA，再拉高SCL，空閑狀態(tài)

//3.拉低SDA

//4.準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)

void IIC_Start(void)

{

SDA_OUT(); //sda線輸出

IIC_SDA=1;

IIC_SCL=1;

delay_us(4);

IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low

delay_us(4);

IIC_SCL=0;//鉗住I2C總線，準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)

}

停止信號(hào)程序 ：

//產(chǎn)生IIC停止信號(hào)

//1.設(shè)置SDA輸出

//2.先拉低SDA，再拉低SCL

//3.拉高SCL

//4.拉高SDA

//5.停止接收數(shù)據(jù)

void IIC_Stop(void)

{

SDA_OUT();//sda線輸出

IIC_SCL=0;

IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high

 delay_us(4);

IIC_SCL=1; 

IIC_SDA=1;//發(fā)送I2C總線結(jié)束信號(hào)

delay_us(4);

}

[]()### 應(yīng)答信號(hào)

發(fā)送器每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，就在時(shí)鐘脈沖9期間釋放數(shù)據(jù)先，由接收器反饋一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位(ACK簡(jiǎn)稱應(yīng)答位)，表示接收器已經(jīng)成功接收了該字節(jié)；應(yīng)答信號(hào)為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位(NACK),一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。

對(duì)于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，接收器在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低，并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間位穩(wěn)定的低電平。如果接收器是主控器，則在它收到最后一個(gè)字節(jié)后，發(fā)送一個(gè)NACK信號(hào)，以通知被控發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放SDA線，以便主控接收器發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)P

每當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，主機(jī)總是需要等待從機(jī)給出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，以確認(rèn)從機(jī)是否成功接收到了數(shù)據(jù)，從機(jī)應(yīng)答主機(jī)所需要的時(shí)鐘仍是主機(jī)提供的，應(yīng)答出現(xiàn)在每一次主機(jī)完成8個(gè)數(shù)據(jù)位傳輸后緊跟著的時(shí)鐘周期，低電平0表示應(yīng)答，1表示非應(yīng)答：

應(yīng)答信號(hào)程序 ：

//產(chǎn)生ACK應(yīng)答

//這里就很清楚了，產(chǎn)生應(yīng)答：SCL在SDA一直為低電平期間完成低高電平轉(zhuǎn)換

void IIC_Ack(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=0;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//不產(chǎn)生ACK應(yīng)答,購(gòu)買正品元器件，上唯樣商城

//這里就很清楚了，不產(chǎn)生應(yīng)答：SCL在SDA一直為高電平期間完成低高電平轉(zhuǎn)換

void IIC_NAck(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

[]()### 發(fā)送數(shù)據(jù)

在I2C總線上傳送的每位數(shù)據(jù)都有一個(gè)時(shí)鐘脈沖相對(duì)應(yīng)（或同步控制），即在SCL串行時(shí)鐘的配合下，SDA逐位地串行傳送每一位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位的傳輸是邊沿觸發(fā)。

//IIC發(fā)送一個(gè)字節(jié)

//返回從機(jī)有無應(yīng)答

//1，有應(yīng)答

//0，無應(yīng)答

//IIC_SCL=0;

//在SCL上升沿時(shí)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)時(shí)，拉高拉低SDA，因?yàn)閭鬏斠粋€(gè)字節(jié)，一個(gè)SCL脈沖里傳輸一個(gè)位。

//數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)傳輸保持穩(wěn)定（在SCL高電平期間，SDA一直保持穩(wěn)定，沒有跳變）

//只有當(dāng)SCL被拉低后，SDA才能被改變

//總結(jié)：在SCL為高電平期間，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送8次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為1,SDA被拉高，數(shù)據(jù)為0，SDA被拉低。

//傳輸期間保持傳輸穩(wěn)定，所以數(shù)據(jù)線僅可以在時(shí)鐘SCL為低電平時(shí)改變。

void IIC_Send_Byte(u8 txd)

{

u8 t;

SDA_OUT();

IIC_SCL=0;//拉低時(shí)鐘開始數(shù)據(jù)傳輸

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

{

//IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;

//獲取數(shù)據(jù)的最高位，然后左移7位

//如果某位為1，則SDA為1，否則相反

if((txd&0x80)>>7)

IIC_SDA=1;

else

IIC_SDA=0;

txd<<=1;

delay_us(2); //對(duì)TEA5767這三個(gè)延時(shí)都是必須的

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

delay_us(2);

}

}

單片機(jī)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后面必須跟一個(gè)等外應(yīng)答函數(shù)：

思路：先讓SDA=1，再判斷在一定時(shí)間內(nèi)SDA是否變?yōu)?，從而識(shí)別出外設(shè)有沒有發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。

//等待應(yīng)答信號(hào)到來

//返回值：1，接收應(yīng)答失敗

// 0，接收應(yīng)答成功

//1.設(shè)置SDA為輸入

//2.拉高SDA

//3.拉高SCL

//4.等待接收器返回應(yīng)答信號(hào)，如果數(shù)據(jù)線SDA一直為高，就一直等待，并返回1(無效應(yīng)答)，如果數(shù)據(jù)線SDA為低，返回0（有效應(yīng)答）

u8 IIC_Wait_Ack(void)

{

u8 ucErrTime=0;

SDA_IN(); //SDA設(shè)置為輸入

IIC_SDA=1;delay_us(1);

IIC_SCL=1;delay_us(1);

while(READ_SDA)

{

ucErrTime++;

if(ucErrTime>250)

{

IIC_Stop();

return 1;

}

}

IIC_SCL=0;//時(shí)鐘輸出0

return 0;

}

[]()### 接收數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)是一位一位發(fā)送，接收數(shù)據(jù)也是一位一位接收進(jìn)來，最后返回應(yīng)答信號(hào)：

//讀1個(gè)字節(jié)，ack=1時(shí)，發(fā)送ACK，ack=0，發(fā)送nACK

//先拉低SCL，延時(shí)后拉高

//讀取數(shù)據(jù)

//是否發(fā)送應(yīng)答

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

unsigned char i,receive=0;

SDA_IN();//SDA設(shè)置為輸入

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

{

    IIC_SCL=0; 

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    receive<<=1;

    if(READ_SDA)receive++;   

    delay_us(1); 

}                     

if (!ack)

    IIC_NAck();//發(fā)送nACK

else

    IIC_Ack(); //發(fā)送ACK   

return receive;

}

[]()