STM32之IIC协议

物理层

 

1.从机数量选择

• 地址限制：IIC协议本身没有严格规定总线上device最大数目, 从理论上看, IIC能挂的device数目取决于能表示的最大地址空间, 在7位地址模式下, 减去0x00地址不可用, 理论上可以挂2^7 -1 = 127个设备。
• 总线电容限制：
• 
• 由于器件的管脚都是有输入电容的，PCB上也会有寄生电容，所以会有一个限制。实际设计中经验值大概是不超过8个器件。

2.引脚模式的选择：连接在SDA数据线的输出信号线必须是OD（开漏）输出或者OC（开集）输出，以保证线与的功能（门电路介绍）

3.上拉电阻阻值的选择：通讯速度限制由上升沿和下降沿时间决定，OD门的下降速度较快，因此主要由上拉能力决定，上拉能力主要由电源和上拉电阻决定，如果上拉电阻值过小，Vcc灌入端口的电流(Ic)变大，这样会导致器件开漏输出的MOS管（三极管）不完全导通，由饱和状态变成放大状态，这样端口输出的低电平值增大(I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V)。上拉电阻推荐4.7K~10k之间。

4.串联电阻的选用：I2C协议还定义了串联在SDA、SCL线上电阻Rs。该电阻的作用是，有效抑制总线上的干扰脉冲进入从设备，提高可靠性。这个电阻的选择一般在100～200ohm左右。当然,这个电阻并不是必须的，在恶劣噪声环境中，可以选用。

 

协议层：

1.起始与停止信号

• 总线在空闲状态 时，SCL和SDA都保持着高电平，
• 当SCL为高而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；
• 当SCL为高而SDA由低到高的跳变，表示产生一个 停止条件。
• 在起始条件产生后，总线处于忙状态（线与），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。

2.传输数据有效性

• SDA线上的数据必须在SCL的高电平时保持稳定。
• SDA线的高或低电平状态只有在 SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变。

即SCL高时，SDA不可以动，SCL低时，SDA可动（用于区别起始和停止信号），改变SDA信号时候，总是要先拉低SCL信号，改变SDA的电平状态，以发送数据，由于接收端需要一个信号来确定每一位的位置，所以在改变SDA后需要将SCL重新拉高，以产生一个上升沿，此时从机根据上升沿读取这个SDA电平，在SCL上升后由于需要再次发送一个字节，因此需要再次将SCL拉低，准备下一次的SDA数据发送。

3.一次发送的字节数量必须是8位，每次可以传输的字节数量不被限制，每个字节后必须跟一个响应位，首先传输数据最高位MSB

4.ACK信号：

当主设备向从设备发送数据或地址后，或者从设备向主设备发送数据后，接收方会在第 9 个时钟脉冲期间通过将 SDA 线拉低来发送 ACK 信号，表示数据已成功接收。

这个信号代表此次的数据发送成功，如果回传Nack那么从机接收到后可以按情况处理

要通过 IIC 发送多个字节的数据，可以按照以下步骤进行：
起始条件：主设备发送起始信号（SCL 为高电平时，SDA 从高电平切换到低电平），启动通信。
发送从设备地址：主设备发送 7 位的从设备地址，并在第 8 位表示写操作（通常为 0）。
等待应答：从设备接收到地址后，发送应答信号（ACK）。
发送第一个字节数据：主设备在 SCL 的控制下，逐位发送第一个字节的数据。
接收应答：从设备在第 9 个时钟脉冲时发送应答信号（ACK），表示第一个字节数据接收成功。
重复步骤 4 和 5，依次发送后续的字节数据，直到所有要发送的数据字节都完成传输。
停止条件：主设备发送停止信号（SCL 为高电平时，SDA 从低电平切换到高电平），结束通信。
例如，假设要从主设备向从设备发送三个字节的数据 0xAA、0xBB、0xCC ：
首先发送起始条件，然后发送从设备地址并等待应答。接着发送 0xAA 并等待应答，再发送 0xBB 并等待应答，之后发送 0xCC 并等待应答。最后发送停止条件。
在整个过程中，SCL 始终控制着通信的节奏，确保数据的稳定传输和正确的应答。