详解通信协议之IIC通信协议-Toy模板网

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详解通信协议之IIC通信协议

本文结合AT24C02对IIC通信协议原理进行了描述。

IIC通信协议(以AT24C02为例)

IIC通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Philips 公司开发双向同步半双工串行总线，只需要两根线(SDA、SCL)即可在连接于总线上的器件之间传送信息。IIC总线是一种共享的串行总线，是用于两个设备之间的短距离低速速率(250K左右)通信。长距离用can总线。

IIC数据有效性
数据在时钟线(SCL)为高电平时，数据线(SDA)要稳定保持稳定，时钟线为低电平时，数据线任意变化。
起始和结束条件
起始条件：当SCL为高电平时，SDA由高到低的跳变为起始信号。
结束条件：当SCL为高电平时，SDA由低到高的跳变为结束信号。
应答信号
当主机向从机发送完一个字节的数据，主机需要从机给出一个应答信号，用来确认是否接收到了数据。从机的应答信号的时钟仍然是主机提供的，应答信号出现在8位数据之后的那一个时钟周期。低电平：表示接收成功，高电平：表示接收失败。
数据帧格式
起始信号–>从机地址+数据传输方向(0为主机发送，1为主机接收)–>数据交换–>结束信号。

注意：在数据方向进行变换时，需要重新发送起始信号和期间地址+读写状态。

以AT24C02为例，模拟IIC控制代码
AT24C02的存储容量为2K，芯片地址为1010，其地址控制字格式为1010-A2A1A0-R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，该位为0是写，1是读。

void I2CInit(void) //IIC引脚初始化，初始化为**开漏输出**，外接上拉电阻提高引脚的驱动能力
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

/*****SDA、SCL引脚模式配置*****/
void SDA_Input_Mode()//设置数据线为输入模式
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
void SDA_Output_Mode() //设置数据线输出模式配置
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};

    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
void SDA_Output( uint16_t val ) //设置数据线输出电平
{
    if ( val )
    {
        GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_7;
    }
    else
    {
        GPIOB->BRR |= GPIO_PIN_7;
    }
}
void SCL_Output( uint16_t val )  //设置时钟线的输出电平
{
    if ( val )
    {
        GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_6;
    }
    else
    {
        GPIOB->BRR |= GPIO_PIN_6;
    }
}
uint8_t SDA_Input(void)  //读取数据线输入状态
{
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_SET){
		return 1;
	}else{
		return 0;
	}
}

static void delay1(unsigned int n) //80MHz延时0.1us根据自己的主频进行调节
{
    uint32_t i;
    for ( i = 0; i < n; ++i);
}

void I2CStart(void)  //起始信号
{
    SDA_Output(1);     //数据线为高电平为下降沿做准备
    delay1(20);     //延时2us
    SCL_Output(1);  //时钟线变为高电平
    delay1(20);     //延时2us
    SDA_Output(0);  //时钟线为高时，数据线变为低
    delay1(20);   //延时2us
    SCL_Output(0); //时钟线变为低
    delay1(20);   //延时2us
}
void I2CStop(void) //结束信号
{
    SCL_Output(0);  //时钟线为低
    delay1(20);   //延时2us
    SDA_Output(0); //数据线为低  为上升做准备
    delay1(20);   //延时2us
    SCL_Output(1);  //时钟线变为高
    delay1(20);    //延时2us
    SDA_Output(1); //时钟线为高时，数据线上升沿结束信号
    delay1(20);  //延时2us
}

unsigned char I2CWaitAck(void) //等待响应信号
{
    unsigned short cErrTime = 5;
    SDA_Input_Mode();  //数据线设置为输入模式
    delay1(20);      //延时2us
    SCL_Output(1);   //时钟线输出高
    delay1(20);      //延时2us
    while(SDA_Input())  //判断数据线输出是否为低
    {
        cErrTime--;
        delay1(20);
        if (0 == cErrTime)
        {
            SDA_Output_Mode();
            I2CStop();
            return ERROR;
        }
    }
    SDA_Output_Mode(); //切换模式
    SCL_Output(0); //数据线输出0
    delay1(20);  //延时2us
    return SUCCESS;  //返回成功
}

/*******IIC字符读写*********/
void I2CSendByte(unsigned char cSendByte)  //发送一个字符，也就是8bit数据
{
    unsigned char  i = 8;
    while (i--)
    {
        SCL_Output(0);
        delay1(20);
        SDA_Output(cSendByte & 0x80);
        delay1(20);
        cSendByte += cSendByte;
        delay1(20);
        SCL_Output(1);
        delay1(20);
    }
    SCL_Output(0);
    delay1(20);
}

unsigned char I2CReceiveByte(void) //接收一个字符的数据
{
    unsigned char i = 8;
    unsigned char cR_Byte = 0;
    SDA_Input_Mode();
    while (i--)
    {
        cR_Byte += cR_Byte;
        SCL_Output(0);
        delay1(20);
        delay1(20);
        SCL_Output(1);
        delay1(20);
        cR_Byte |=  SDA_Input();
    }
    SCL_Output(0);
    delay1(20);
    SDA_Output_Mode();
    return cR_Byte;
}
uchar eeprom_read (uchar address)  ///读取某一地址的数据
{
	uchar date;
	I2CStart();          //启动	IIC
	I2CSendByte(0XA0);   //写指令
	I2CWaitAck();    //等待有效响应
	I2CSendByte(address);   //发送读取内容的地址
	I2CWaitAck();    //等待有效响应	
	I2CStop();     //发送停止信号
	
	I2CStart();          //启动	IIC	
	I2CSendByte(0XA1);   //读数据指令
	I2CWaitAck();    //等待有效响应
	date=I2CReceiveByte();  //读取数据
	I2CWaitAck();//读取完成的应答信号
	I2CStop();     //发送停止信号
	return 	date;
	
}

void eeprom_write (uchar address,uchar date)  ///给某一地址写数据
{
	I2CStart();          //启动	IIC
	I2CSendByte(0XA0);   //写指令
	I2CWaitAck();    //等待有效响应
	I2CSendByte(address);   //发送内容写到的地址
	I2CWaitAck();    //等待有效响应
	I2CSendByte(date);
	I2CWaitAck();    //等待发送完成
	I2CStop();     //发送停止信号	
}