代码收藏家技术教程 2024-08-31

独家揭秘！2024年IIC原理深度解析与物联网嵌入式开发秘籍——火爆IT圈阿里内部笔记

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主机就是负责整个系统的任务协调与分配，从机一般是通过接收主机的指令从而完成某些特定的任务，主机和从机之间通过总线连接，进行数据通讯。

发布主要命令的称为主机

接受命令的称为从机

半双工和全双工：

ＩＩＣ的协议层

I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

IIC 总线时序图

下面我们来详细的介绍下IIC的通信协议流程：

初始(空闲)状态

因为IIC的 SCL 和SDA 都需要接上拉电阻，保证空闲状态的稳定性

所以IIC总线在空闲状态下SCL 和SDA都保持高电平

代码：

void IIC\_init()       //IIC初始化

{

       SCL=1; //首先把时钟线拉高

       delay\_us(4);//延时函数

       SDA=1; //在SCL为高的情况下把SDA拉高

       delay\_us(4); //延时函数

}

开始信号：

SCL保持高电平，SDA由高电平变为低电平后，延时(>4.7us)，SCL变为低电平。

代码表示：

//产生IIC起始信号
//1.先拉高SDA，再拉高SCL，空闲状态
//2.拉低SDA
void IIC\_Start()         //启动信号

{
       SDA=1; //确保SDA线为高电平
       delay\_us(5);
       SCL=1;  //确保SCL高电平
       delay\_us(5);
       SDA=0; //在SCL为高时拉低SDA线，即为起始信号
       delay\_us(5);
       SCL=0;   //钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
    
}

停止信号

停止信号：SCL保持高电平。SDA由低电平变为高电平。

//产生IIC停止信号
//1.先拉低SDA，再拉低SCL
//2.拉高SCL
//3.拉高SDA
//4.停止接收数据
void IIC\_Stop(void)
{

	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;    //STOP:当SCL高时，数据由低变高
 	delay\_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;    //发送I2C总线结束信号
	delay\_us(4);							   	
}

在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，其他I2C器件无法访问总线；而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态。

数据有效性

IIC信号在数据传输过程中，当SCL=1高电平时，数据线SDA必须保持稳定状态，不允许有电平跳变，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

SCL=1时数据线SDA的任何电平变换会看做是总线的起始信号或者停止信号。

也就是在IIC传输数据的过程中，SCL时钟线会频繁的转换电平，以保证数据的传输

应答信号

每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，

应答信号：主机SCL拉高，读取从机SDA的电平，为低电平表示产生应答

应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK，简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；

应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。

**每发送一个字节（8个bit）**在一个字节传输的8个时钟后的第九个时钟期间，接收器接收数据后必须回一个ACK应答信号给发送器，这样才能进行数据传输。

应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答，

//主机产生应答信号ACK
//1.先拉低SCL，再拉低SDA
//2.拉高SCL
//3.拉低SCL## 标题
void I2C\_Ack(void)
{
   IIC_SCL=0;   //先拉低SCL，使得SDA数据可以发生改变
   IIC_SDA=0;   
   delay\_us(2);
   IIC_SCL=1;
   delay\_us(5);
   IIC_SCL=0;
}


//主机不产生应答信号NACK
//1.先拉低SCL，再拉高SDA
//2.拉高SCL
//3.拉低SCL
void I2C\_NAck(void)
{
   IIC_SCL=0;   //先拉低SCL，使得SDA数据可以发生改变
   IIC_SDA=1;   //拉高SDA，不产生应答信号
   delay\_us(2);
   IIC_SCL=1;
   delay\_us(5);
   IIC_SCL=0;
}

等待应答信号：

//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
char IIC\_Wait\_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	 
	IIC_SDA=1;delay\_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay\_us(1);	 
	while(IIC_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC\_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 
	return 0;  
}

IIC数据传送

数据传送格式

SDA线上的数据在SCL时钟“高”期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号为低时，数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。输出到SDA线上的每个字节必须是8位，数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。

当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，回传给主设备一个应答位ACK，此时才认为一个字节真正的被传输完成 ，如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。

IIC写数据：

多数从设备的地址为7位或者10位，一般都用七位。
八位设备地址=7位从机地址+读/写地址，

再给地址添加一个方向位位用来表示接下来数据传输的方向，

0表示主设备向从设备(write)写数据，

1表示主设备向从设备(read)读数据

IIC的每一帧数据由9bit组成，

如果是发送数据，则包含 8bit数据+1bit ACK,

如果是设备地址数据，则8bit包含7bit设备地址 1bit方向

在起始信号后必须传送一个从机的地址(7位) 1~7位为7位接收器件地址，第8位为读写位，用“0”表示主机发送数据(W)，“1”表示主机接收数据（R）, 第9位为ACK应答位，紧接着的为第一个数据字节，然后是一位应答位，后面继续第2个数据字节。

IIC发送一个字节数据：

//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答 

//IIC\_SCL=0;
//在SCL上升沿时准备好数据，进行传送数据时，拉高拉低SDA，因为传输一个字节，一个SCL脉冲里传输一个位。
//数据传输过程中，数据传输保持稳定（在SCL高电平期间，SDA一直保持稳定，没有跳变）
//只有当SCL被拉低后，SDA才能被改变
//总结：在SCL为高电平期间，发送数据，发送8次数据，数据为1,SDA被拉高，数据为0，SDA被拉低。
//传输期间保持传输稳定，所以数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。
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; //获取最高位
        //获取数据的最高位，然后数据左移一位
        //如果某位为1，则SDA为1，否则相反
        if(txd&0x80)
            IIC_SDA=1;
        else
            IIC_SDA=0;
        txd<<=1;       
        delay\_us(2);   
        IIC_SCL=1;
        delay\_us(2); 
        IIC_SCL=0;    
        delay\_us(2);
    }     
}       
或者：
        //IIC\_SDA=txd&0x80; //获取最高位
        //获取数据的最高位，然后右移7位,假设为 1000 0000 右移7位为 0000 0001 
        // 假设为 0000 0000 右移7位为 0000 0000 
        //如果某位为1，则SDA为1，否则相反
        IIC_SDA=((txd&0x80)>>7);
        txd<<=1;

IIC读取一个字节数据：


//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;
}

IIC发送数据

Start: IIC开始信号，表示开始传输。
DEVICE_ADDRESS:: 从设备地址,就是7位从机地址
R/W： W(write)为写，R(read)为读
ACK：应答信号
WORD_ADDRESS ：从机中对应的寄存器地址比方说访问 OLED中的某个寄存器
DATA: 发送的数据
STOP: 停止信号。结束IIC

主机要向从机写数据时：

主机首先产生START信号

然后紧跟着发送一个从机地址，这个地址共有7位，紧接着的第8位是数据方向位(R/W)，0表示主机发送数据(写)，1表示主机接收数据(读)

主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，若相同，则认为自己正在被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器和接收器

这时候主机等待从机的应答信号(A)

当主机收到应答信号时，发送要访问从机的那个地址，继续等待从机的应答信号

当主机收到应答信号时，发送N个字节的数据，继续等待从机的N次应答信号，

主机产生停止信号，结束传送过程。