IIC，从入门到精通

1.1 IIC的基本概念

IIC是一种通讯协议（通讯机制），IIC是用芯片和芯片之间进行数据传输。串口也用于芯片和芯片之间的数据传输。简单来说，“串口”可以理解“汉语”，“IIC”可以理解“英语”，汉语和英语是都有语法，在交流时，需要按照语法来进行交流。在嵌入式中，每一种通讯机制都有其特定的“语法”，在进行数据传输时，必须按照其语法来进行传输。

通过一个例子来学习“IIC”的语法：

IIC通讯对象有两个：一个是主机、一个是从机。IIC的从机是有“设备地址”的。

IIC的信号有四个，这四个信号都有站在主机的角度来理解的：

1) 起始信号

2) 数据信号：主机发出数据信号，主机读取数据信号。

3) 应答信号：主机发出应答信号，主机读取应答信号。

4) 结束信号。

IIC主机和IIC从机进行数据交互式，是有“时钟”来控制的，即每一个时钟脉冲，传输1位数据。“时钟”

是由“主机”发出。

生活中的情景	IIC
两个大活人，有心跳	时钟脉冲控制数据传输，一个时钟脉冲输出1位数据
老王说：早上好	主机：发出“起始信号”
老王说：老曾	主机：发出从机的“设备地址”
老曾：嘿	从机：给“应答信号” 在嵌入式当中，应该理解为：主机：读取从机发出“应答信号”
老王说：吃早餐了吗？	主机：发出“数据信号”
老曾说：吃了	从机：给“应答信号” 在嵌入式当中，应该理解为：主机：读取从机发出“应答信号”
老王说：吃了什么？	主机：发出“数据信号”
老曾说：吃了包子	从机：给“应答信号” 在嵌入式当中，应该理解为：主机：读取从机发出“应答信号”
老曾说：你吃了吗	从机：发出“数据信号” 在嵌入式当中，应该理解为：主机：读取从机发出“数据信号”
老王说：我没吃	主机：给“应答信号”
老王说：先聊到这	主机：发出“结束信号”

1.2 IIC设备的接线图

IIC通讯线有两根，分别是：

1) SCK/SCL：serial clock ,串行时钟

2) SDA：serial data，串行数据。

SCL主要是用于输出“时钟脉冲”，时钟脉冲是由主机来发出。

SDA用于传输数据，传输方向是双方向的。

SCL和SDA都是STM32的IO口，要注意的是，SDA所在的IO口既可以输出也可以输入。

普及概念：

IIC总线：IIC总线就是SCL和SDA。

IIC总线必须挂载上拉电阻，常用上拉电阻的阻值是4.7K和10K。上拉电阻的作用：可以通过调节VCC的电压值以及调节上拉电阻的阻值来调节驱动电流。

1.3 IIC的基本时序

1) 起始信号：SCL输出高电平，在SCL管脚为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，则该跳变沿为“起始信号”。IIC通讯过程的第一个信号是IIC起始信号。

2) 结束信号：SCL输出高电平，在SCL管脚为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，则该跳变沿为“结束信号”。IIC通讯过程的最后一个信号是IIC结束信号。

3) IIC传输数据，每次传输都是8位，也就是一个字节，在传输时，先传输高位，依次从高位到低位传输，最后传输最低位。

4) 1位数据传输的过程：SDA在时钟低电平时准备数据（如果需要发送的数据位是1，则将SDA管脚输出高电平；如果需要发送的数据位是0，则将SDA管脚输出低电平），数据在时钟上升沿时发送出去，数据在时钟高电平时，数据需要保持稳定，也就是电平保持稳定。重复8次“位传输过程”即可完成一个字节的数据的发送。

5) 应答信号分为：应答信号和非应答信号。

6) IIC在传输数据时，每传输完8位数据，必须要传输1位应答位。在第9个时钟时，SDA为低电平则表示“应答”；在第9个时钟时，SDA为高电平则表示“非应答”。IIC从机若处于“故障状态”或者“忙碌状态”，会给主机“非应答”。

普及概念：

IIC总线空闲：IIC总线就是SCL和SDA，IIC总线空闲是指SCL/SDA的电平都为高电平。

1) IIC通讯的第一个信号是：IIC起始信号

2) 在IIC起始信号之后，紧接着需要传递“设备地址”，设备地址 = 7位设备地址+最低位1位方向位。最低位为0表示“写地址”，即SDA的数据流向：主机→从机；最低位为1表示“读地址”，即SDA的数据流向：从机→主机。举例：假如一个IIC设备，其7位地址010 1101，其“写地址”是0101 1010，“读地址”0101 1011。

3) 主机发出“设备地址”，从机需要应答。

4) 在传送了“设备地址”之后，就是数据传输。发送方每传输1个字节的数据，接收方需要传输一个应答位。

5) IIC设备的数据交互的过程以“结束信号”结束。

1.4 GPIO口配置开漏输出，输出高电平，可切换为输入

GPIO口配置开漏输出，可以输出高低电平，注意：输出高电平需要挂上拉电阻。

GPIO口配置开漏输出，输出高电平，也可切换为输入，直接读取IDR寄存器可获知管脚输入的电平是高电平还是低电平。

1.5 IIC的时钟频率

IIC的时钟频率常用的有两种频率：100KHZ和400KHZ。IIC时钟频率要求不是很严格，允许时钟频率偏差。

如果IIC的时钟频率为100KHZ，一个时钟周期 = 1/100000 s= 1/100000 *10^6 = 10us 。高低电平各5us。

如果IIC的时钟频率为400KHZ，一个时钟周期 = 1/400000 s = 1/400000 *10^6 = 2.5us。高低电平各1.25us。

滴答延时函数无法实验小数延时，1.25us是无法实现的，只能是延时1us或者延时 2us。

当高低电平各为1us，时钟频率是 = 1/T = 1/2us = 500KHZ。

当高低电平各为2us，时钟频率是 = 1/T = 1/4us = 250KHZ

1.6 IIC相关伪代码

在调试IIC的时序时，一定要用逻辑分析仪。什么是逻辑分析仪：逻辑分析仪内部有一个单片机，单片机内部又有定时器，定时器配置为输入捕获，就可以捕获脉冲方波，再通过上位机显示。

1.6.1 IIC管脚初始化

// IIC_SCL连接在PB8，IIC_SDA连接在PB9。

void IIC_PinInit(void)

{

//PB8配置为开漏输出

//PB9配置为开漏输出

//SCL、SDA需要输出高电平，使得总线空闲。

}

1.6.2 IIC起始信号

void IIC_Start(void)

{

//延时5us

SCL_H; //SCL拉高电平

SDA_H; //SDA拉高电平

//延时5us

SDA_L; //SDA拉低电平

//延时5us

SCL_L; //SCL拉低电平

}

1.6.3 IIC时钟信号

void IIC_Clock(void)

{

u8 i = 0xFF;

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

{

//延时5us

//SCL拉高电平

//延时5us

//SCL拉低电平

}

1.6.4 主机发送数据（带读取应答功能）

data: 待发送的数据

返回值：应答，0表示应答，1表示非应答。

u8 IIC_WriteByte(u8 data)

{

u8 i = 0xFF;

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

{

//准备位数据，先传输高位，依次从高位到低位传输，最后传输最低位。

//延时5us

//SCL拉高电平

//延时5us

//SCL拉低电平

}

//SDA输出高电平，使得SDA切换为输入

//延时5us

//SCL拉高电平

//延时5us

//读取SDA的输入电平，低电平表示应答，高电平表示非应答

//SCL拉低电平

}

1.6.5 主机读取数据（带发送应答功能）

ack : 代表主机给从机的应答，0：表示应答，1表示非应答

返回值：读取到的8位数据

u8 IIC_ReadByte(u8 ack)

{

u8 i = 0xFF;

//SDA输出高电平，使得SDA切换为输入

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

{

//延时5us

//SCL拉高电平

//延时5us

//读数据位，最先读到的是最高位，最后读到是最低位

//SCL拉低电平

}

//延时5us

//准备应答位，ack为1则SDA输出高电平，ack为0，则输出SDA低电平

//SCL拉高电平

//延时5us

//SCL拉低电平

}

1.6.6 结束信号

void IIC_Stop(void)

{

SDA_L; //SDA输出低电平

//延时5us

SCL_H; //SCL输出高电平

//延时5us

SDA_H; //SDA输出高电平

//延时5us

}

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