IIC时序图

IIC概述：

IIC(Inter-IntegratedCircuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器以及其外围设备，IIC也被成为I2C，其实两者是完全相同的，只是名词不一样而已。它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

IIC特点：

① 数据线SDA：数据线用来传输数据;时钟线SCL：时钟线用来同步数据收发

② 总线上每一个器件都有一个唯一的地址识别，所以我们只需要知道器件的地址，根据时序就可以实现微控制器与器件之间的通信。

③ 数据线SDA和时钟线SCL都是双向线路，都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电压，所以当总线空闲的时候，这两条线路都是高电平。

④ 总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s在快速模式下可达400kbit/s在高速模式下可达3.4Mbit/s。

⑤ 总线支持设备连接个数：同时支持多个主机和多个从机，连接到总线的接口数量只由总线电容是400pF的限制决定，如以下图所示：

IIC的协议层详解

1.有效数据：在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定，数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。

2.起始和结束条件：

起始条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件，如以下图所示：

结束条件：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件，如下图所示：

注意：注意起始和终止信号都是由主机发出的，总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。

3.应答：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。

注意：从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，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

4.数据帧格式：I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

写操作：S为起始信号，SLAVEADDRESS从机地址(7bit)+W(0)一共8位，有阴影的部分是主机发送的，而没有阴影部分是从机发送到主机的，A/A非(0/1)，P代表停止信号。

读操作：S为起始信号，SLAVEADDRESS从机地址(7bit)+R(1)一共8位，有阴影的部分是主机发送的，而没有阴影部分是从机发送到主机的，A(应答)/A非(0/1)，P代表停止信号，注意：假如主机一直返回应答信号，那么从机可以一直发送数据，也就是图中的(nbyte + 应答信号)情况，直到主机发出非应答信号，从机才会停止发送数据。

如何编写IIC驱动代码：

1.起始信号代码编写：

/* 产生IIC起始信号 */



void IIC_Start(void)



{



    SDA_OUT();       /* sda线输出 */



    IIC_SDA=1;       /* ① */



    IIC_SCL=1;  /* ② */



    delay_us(5);     /* ③ */



    IIC_SDA=0;   /* ④ */



    delay_us(5);  /* ⑤ */



    IIC_SCL=0;       /* ⑥ */



}

上述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。

2.停止信号代码编写：

/* 产生IIC停止信号 */



void IIC_Stop(void)



{



    SDA_OUT();      /* sda线输出 */



    IIC_SCL=0;      /* ① */



    IIC_SDA=0;      /* ② */



    delay_us(5);    /* ③ */



    IIC_SCL=1;      /* ④ */



    IIC_SDA=1;      /* ⑤ */



    delay_us(5);    /* ⑥ */                               



}



/* 产生ACK应答 */



void IIC_Ack(void)



{



    IIC_SCL=0;      /* ① */



    SDA_OUT();      /* sda线输出 */



    IIC_SDA=0;      /* ② */



    delay_us(5);    



    IIC_SCL=1;      /* ③ */



    delay_us(5);    /* ④ */



    IIC_SCL=0;      /* ⑤ */   



}

上述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。

3.主机产生应答代码编写：

/* 不产生ACK应答 */            



void IIC_NAck(void)



{



    IIC_SCL=0;  /* ① */



    SDA_OUT(); /* sda线输出 */



    IIC_SDA=1;  /* ② */



    delay_us(2); 



    IIC_SCL=1;  /* ③ */



    delay_us(4); /* ④ */



    IIC_SCL=0;  /* ⑤ */



}

上述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。

4.主机产生非应答代码编写：

/* 不产生ACK应答 */            



void IIC_NAck(void)



{



    IIC_SCL=0;  /* ① */



    SDA_OUT(); /* sda线输出 */



    IIC_SDA=1;  /* ② */



    delay_us(2); 



    IIC_SCL=1;  /* ③ */



    delay_us(4); /* ④ */



    IIC_SCL=0;  /* ⑤ */



}

述起始信号函数①代表上图的①，而函数②代表上图②，其他类似。

5.等待从机发送应答信号代码编写：

思路：先让SDA=1，再判断在一定时间内SDA是否变为0，从而识别出外设有没有发送应答信号。

/* 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*/



u8 IIC_Wait_Ack(void)



{



    u8 ucErrTime=0;



    SDA_IN();      //SDA设置为输入  */



    IIC_SDA=1;delay_us(1);     



    IIC_SCL=1;delay_us(1);   



    while(READ_SDA) /* 获取SDA电平*/



    {



        ucErrTime++;



        if(ucErrTime>250)



        {



            IIC_Stop();



            return 1;



        }



    }



    IIC_SCL=0; /* 时钟输出0 */      



    return 0;  



}

第一步.设置SDA为输入

第二步.拉高SDA：主要判断从机应答就是把SDA拉低。

第三步.拉高SCL：数据稳定就是有效数据。

第四步.等待接收器返回应答信号，如果数据线SDA一直为高，就一直等待ucErrTime大于250，并返回1(无效应答)，如果数据线SDA为低，返回0(有效应答)。

6.IIC发送一个字节发送一个字节的代码编写：

思路：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才能被改变在SCL为高电平期间(有效数据时间段)，发送数据，发送8次数据，如果数据为1,显然SDA是被拉高;如果数据为0，那么SDA被拉低。

/* IIC发送一个字节*/



/* 返回从机有无应答*/



/* 1，有应答*/



/* 0，无应答  */          



void IIC_Send_Byte(u8 txd)



{                        



    u8 t;   



    SDA_OUT();      



    IIC_SCL=0;      /* ① */



    for(t=0;t<8;t++)



    {              



        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;  /* ② */



        txd<<=1;         /*③ */



        delay_us(2);   /* 对TEA5767这三个延时都是必须的*/



        IIC_SCL=1;    /* ④ */



        delay_us(2); 



        IIC_SCL=0;      /* ⑤ */



        delay_us(2);



    }    



}

一开始为什么①把IIC_SCL=0;因为主要IIC_SCL上升沿时准备好数据就是稳定有效数据，例如我们发送txd = 0xA1为例：

②：0xA1&0x80为0xA0，0xA0为10100000然后右移7位得到1，如以下图所示：

重点绿色的位，就是为1。

③：0xA1左移1位，如以下图所示：

所以txd = 0x20,懂不?我们重点取绿色的框框。

④：IIC_SCL拉高就是为了SDA线上的数据必须保持稳定。

⑤：IIC_SCL拉低，为了上升沿时准备好数据就是稳定有效数据。

其他从②到⑤执行，一样的道理。

所以经过八次for循环发送数据我们SDA就发送了0xA1。

7.IIC读1个字节的代码编写：

/* 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;



}

上述也挺简单理解，首先我们先拉低SCL，延时后拉高就是为了读取有效的数据。例如我们读取从机发送的数据为0x05,换成二进制为00000101，然后for循环八次读取，例如READ_SDA为0那么就是receive<<=1为00000000，知道从机发送的00000101这个位时，READ_SDA为1，那么receive++为1，所以再一次receive<<=1为00000001，注意红色标点就是我们第一次发的那个位，最后第八次时候receive<<=1为00000101，然后主机发送应答的话就是继续读取从机的数据，如果主机发送非应答信号，那么从机发送数据结束。

如果我们使用IIC读取AT24C0X的EEPROM，请参考对应的手册，这里我们只讲解IIC驱动如何编写以及原理分析。

---