一、简介
IIC（Inter-integerted Circuit）集成电路总线，该通信协议由NXP（原PHILIPS）公司设计，多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场景下使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机的特性。
二、物理层
- IIC通信要求需要两条线路完成数据传输，一条是串行时钟线SCL和一条串行数据线SDA
使用线路：
时钟线 – SCL
数据线 – SDA
（IIC为半双工通信）
- 每个连接到总线上的设备都可以通过唯一的地址和其他器件通信，主机/从机角色和地址可以配置，主机可以作为主机发送器和主机接收器
三、协议内容
IIC通信协议把信息分为两种类型的帧
-
地址帧：用于Master指明信息该发往哪个Slave。（从设备地址）
-
数据帧：由Master发往Slave的数据或是Master接收到来自于Slave的数据（一次读写单位为8bit，高位先发）
四、数据传输状态
（1）数据为有效性规定
-
时钟信号为高电平（High）期间，数据线上的数据必须保持稳定
-
时钟信号为低电平（Low）期间，数据线上方才允许变化
即：数据在时钟线SCL的上升沿到来之前就需准备好，并在下降沿到来之前必须保持稳定
（2）空闲状态
逻辑解析：当IIC总线的数据线SDA和时钟信号当IIC总线的数据线SDA和时钟线SCL同时处于高电平（High）时，规定总线为空闲状态
此时各个器件输出及场效均处在截至状态
即：由两条信号线的上拉电阻把电平拉高
（3）起始信号
逻辑解析：时钟线SCL为高电平期间（High），数据线SDA由高电平向低电平变化（下降沿）表示起始信号
（在时钟线SCL为高电平时，拉低数据线SDA）
程序逻辑实现：
void IIC_Start(void)
{
IIC_SDA_OUT();
IIC_SDA = 1;
IIC_SCL = 1;
delay_us(5);
IIC_SDA = 0; // Start：在SCL为高电平时拉低SDA
delay_us(5);
IIC_SCL = 0;
}
（4）终止信号
逻辑解析：时钟线SCL为高电平期间（High），数据线SDA由低电平向高电平变化（上升沿） 表示终止信号
（在时钟线SCL为高电平时，拉高数据线SDA）
程序逻辑实现：
void IIC_Stop(void)
{
IIC_SDA_OUT();
SCL = 0;
SDA = 0;
delay_us(5);
SCL = 1;
delay_us(5);
SDA = 1; // Stop：在SCL为高电平时，拉高SDA
delay_us(5);
}
（5）应答信号
逻辑解析：发送器每发送一个字节（8bit），就在第 9个时钟脉冲期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。
- 应答位为低电平（Low Level）时，规定为有效应答位（ACK，简称应答位）
表示接收器已经成功接收了该字节数据
- 应答位为高电平（High Level）时，规定为无效应答位（nACK）
一般表示接收器没有接收成功该字节数据
对反馈有效应答信号的ACK的要求是：
-
接收器在第9个时钟脉冲之前的时钟线SCL低电平期间将数据线SDA拉低（Low），并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平（Low Level）
-
如果接收器是Master，则在它收到最后一个字节后发送一个nACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放数据线SDA，以便主控制器发送一个停止信号
程序逻辑实现：
// 1、Master接收ACK信号
uint8_t IIC_MasterWaitACK(void)
{
uint8_t uErrTime = 0;
IIC_SDA_OUT();
IIC_SDA = 1;
delay_us(2);
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
IIC_SDA_IN();
while(IIC_SDAin)
{
uErrTime++;
if(uErrTime > 300)
{
IIC_SDA_OUT();
IIC_Stop();
return 1; // 应答失败
}
}
IIC_SDA_OUT();
IIC_SCL = 0;
return 0; // 应答成功
}
// 2、Master发送ACK信号
void Master_SendAck(void)
{
IIC_SCL=0;
IIC_SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
// 3、Master不发送ACK信号
void Master_SendnAck(void)
{
IIC_SCL = 0;
IIC_SDA_OUT();
IIC_SDA = 1;
delay_us(2);
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
IIC_SCL = 0;
}
（6）数据传输格式
字节传输与应答
-
每一个字节必须保证是8bit长度
-
数据传送时先传最高位（MSB）
-
每一个被传送的字节后面都必须跟随1bit的应答位（即每一帧数据共9bit）
在IIC总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制）
即：在时钟线SCL串行时钟的配合下，在数据线SDA上逐位的串行传送每一位数据
数据位传输是边沿触发
（7）总线寻址
IIC协议采用7bit的寻址字节（寻址字节是起始信号的第一个字节）
数据位定义：
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
D7 ~ D1位：从机地址
D0位：数据传输方向（读写位）0：表示主机向从机写数据 1：表示主机向从机读数据
主机向从设备中写寄存器（数据格式）
主机向从设备中读寄存器值（数据格式）
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-625909.html
（8）数据收发
使用IIC通讯协议进行数据的接收与发送逻辑（单字节实现）文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-625909.html
程序逻辑实现
void IIC_SendByte(uint8_t Data)
{
uint8_t i;
IIC_SDA_OUT();
IIC_SCL = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_SDA = ((Data&0x80)==0x80)?1:0;
Data <<= 1;
delay_us(2);
IIC_SCL = 1;
delay_us(5);
IIC_SCL = 0;
delay_us(2);
}
}
uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
{
uint8_t i,receive=0;
IIC_SDA_IN();
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_SCL = 0;
delay_us(2);
IIC_SCL = 1;
receive <<= 1;
if(IIC_SDAin)
receive |= 0x01;
delay_us(2);
}
if(!ack)
Master_nAckCTP();
else
Master_AckCTP();
IIC_SDA_OUT();
return receive;
}
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