IIC總線概述

IIC總線介紹

IIC（Inter-Integrated Circuit）集成電路總線，它是一種兩線式串行通信總線，又叫I2C，使用多主從架構，由飛利浦公司在1980年推出的。多用于主控制器和從器件間的主從通信，在小數據量場合使用，傳輸距離短，一般可達400kbps 以上。IIC兩線制包括串行數據線和時鐘線，總線必須有主機控制，主機產生串行時鐘，控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。IIC總線上有主機和從機之分，可以有多個主機和從機，從機永遠不會主動給主機發消息。器件發送數據到總線上定義為發送器，期間接受總線上的數據定義為接收器，主器件和從器件都可以工作與發送和接收的狀態。

IIC通信方式：串行同步半雙工

主機從機都可以作為接收器和發送器使用，不同時間處于不同身份，換句話說就是同一時間只有接收或發送一種狀態。

IIC總線物理拓撲結構

理論上可以掛無數個設備，實際上掛載設備受兩線之間的干擾，有限制。

上拉電阻阻值范圍：4.7K~100K

設備之間要求共地線。

IIC總線主從設備通信

IIC通信中主機如何確定和那個從機通信？

IIC通信中尋找從設備根據設備地址查找，設備地址每個設備都有，可以分為10位和7位兩種，設備地址包含兩個部分：一部分是可編程地址，一部分是固定地址，具體每一部分占多少位有設計廠商決定，一般看手冊都能找到。

IIC總線和串口比較

IIC總線數據幀

IIC數據幀格式

IIC標準數據幀格式：起始條件+數據位（8位：發送器發送到數據總線）+應答位（接收器發送）+停止條件 （MSB：高位 LSB：低位）

起始條件：SCL高電平期間，SDA由高電平變為低電平

數據位：時鐘上升沿采集數據，下降沿準備數據，或者說只有在時鐘低電平時間允許數據位發生變化

應答位：低電平表示應答，高電平表示非應答

停止條件：SCL在高電平期間，SDA由低電平變為高電平

傳輸過程和串口不同：串口是以一幀數據為單位來傳輸的，每幀數據都包含完整的起始位到停止位。IIC一次傳輸包含起始條件和停止條件，中間可以包含很多個8位數據。多個數據之間都會有應答信號，在傳輸最后一位數據時沒有應答信號，也就表明數據傳輸結束了。

IIC總線時序

具體時序如下：該時序圖的時間是在100kbit/s的速度下使用的，如果提高速度，對應的時間也應該縮短。

IIC總線尋址方式

IIC尋址數據格式圖：

上圖是7位地址位尋址方式

方向位：確定是讀數據還是寫數據

IIC總線通信最先發送的數據是：設備地址+方向位

如果是10位地址尋址方式：

先將10位中的高三位地址取出來，高位補0，先發送出去，然后再將剩下的7位，加上方向位再進行發送。也就是分兩個8位數據發送。10位地址時，設備會自動將前兩個8位數據判斷為地址數據。

IIC總線通信方式

IIC通訊的三種方式，這里需要注意的是數據線上的應答和數據是由主機還是從機發出的，具體已在圖片中標注出來。

只讀數據：

只寫數據：

讀寫切換：

模擬IIC總線

由于專利原因，ST公司在設計IIC接口時做得比較復雜，所以在實際使用中大部分情況都采用的是模擬IIC接口，在模擬時只需要兩個普通IO口就可實現IIC通訊。

IIC模擬IO口模式選擇：

SCL時鐘線：由主機驅動需要較強的高低電平驅動能力，一般配置為通用推挽輸出模式

SDA數據線：這里需要注意了，數據線上我們既要向外發送數據，還要接收從機的應答信號。所以這里有兩種方式可選。

1，通訊時切換IO口的工作模式

配置為開漏輸出

這里給大家解釋一下為什么可以使用開漏輸出，首先IIC通訊時硬件上已經提供了上拉電阻，不需要考慮推挽輸出無法輸出高電平的問題了。其次大家可以查詢一下參考手冊的GPIO一章中對開漏模式的描述，官方說明在配置為開漏模式時，輸出數據寄存器依然工作，我們仍然可以通過讀取輸入數據寄存器來判斷數據線的電平狀態。那為什么不使用推挽呢？由于推挽輸出驅動能力較強，為了避免從機出現無法更變數據線電平狀況的情況出現，所以一般不采用推挽輸出。

具體模擬代碼，網上很多大家自行百度即可。