STM32 IIC详解（软件模拟）

目录

一、IIC协议基本原理

1.IIC协议概述

2.时序图分析

二、代码分析

1.IIC初始化

2.IIC起始信号

3.IIC发送数据

4.获取应答信号

5.读一个字节

6.产生ACK应答

7.不产生ACK应答

IIC（Inter-Integrated Circuit）在嵌入式系统中是一种常见的数据通信接口，日常工作中许多传感器都是基于IIC来传输数据的，所以掌握这个接口对我们来说非常重要。

一、IIC协议基本原理

1.IIC协议概述

IIC也被称为I2C和I²C，硬件方面由于存在专利，所以日常中我们常以两个IO口用软件模拟IIC来使用。IIC串行总线有两根信号线：数据线SDA和时钟线SCL。IIC总线上的设备通过地址进行区分，不同种类的设备地址不同。只要不超过IIC总线上的电容限制（一般不超过400pf），就可以连接任意数量的从机，在通信时刻，只能有一个作为主机，其他的都为从机。高速IIC总线一般可达400kbps以上。

2.时序图分析

SCL为时钟线，SDA为数据线，SCL和SDA默认都是高电平，两条线相互配合会产生三种信号构成时序。

开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变。
结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变。
应答信号：接收数据的设备在接收到 8位 数据后，向发送数据的设备发出特定的低电平，表示已收到数据。主机设备向从机设备发出一个信号后，等待从机设备发出一个应答信号，主机设备接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

IIC在开始信号发出后开始发送数据，数据以8位传输，SCL高电平的时候SDA读到的数据有效，然后经历8位数据传输以后，第九次检测应答信号，如果检测到从机将SDA置为低电平，说明从机设备有应答（ACK），如果保持高电平，说明从机设备没有应答（NACK）。

二、代码分析

本文基于STM32F429的HAL库为例讲解IIC的使用,定义宏参数如下图所示

1.IIC初始化

void IIC_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    
    __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();   //使能GPIOH时钟
    
    //PH4,5初始化设置
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5;
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽输出
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;          //上拉
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;     //快速
    HAL_GPIO_Init(GPIOH,&GPIO_Initure);
    
    IIC_SDA=1;
    IIC_SCL=1;  
}

初始化IIC，使能PH4，PH5推挽输出、上拉、快速，然后又将SDA和SCL拉高。

2.IIC起始信号

void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//拉低电平
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  

在SDA和SCL高电平的同时，将SDA拉低产生一个下降沿。

3.IIC发送数据

void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
}

切换SDA为输出模式，拉低SCL电平，依次发送8位数据， 每次写好SDA位的时候，将SCL拉高后等待2us再拉低。

4.获取应答信号

//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	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;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 

将SDA设置为输入模式，将SDA和SCL拉高，如果SDA在规定时间内依然是拉高的状态，说明从机没有应答，反之则说明从机应答。

5.读一个字节

读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    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();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

读取数据的时候，先将SDA设置成输入，然后依次拉低拉高SCL 8次，读取8位数据，如果还想继续读取，就产生ACK应答，如果不想继续读取了，就产生nACK应答。

6.产生ACK应答

void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}

先将SCL拉低，然后改SDA为输出模式，拉低SDA后拉高SCL后再拉低。

7.不产生ACK应答

//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}		

先将SCL拉低，然后改SDA为输出模式，拉高SDA后拉高SCL后再拉低，就可以告诉从机不再继续读取数据。

总体来说，IIC的通讯只用到了SCL（时钟线）和SDA（数据线）两条线，实现起来还是比较简单的，希望本文能帮助你理解IIC如何使用。

作者：千千道