一.IIC简介
1.IIC总线概述
IIC总线是飞利浦公司研发的两线制串行通信总线，IIC两线制包括：串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA）。串行时钟线（SCL）只能由主器件控制，串行数据线（SDA）实现双向数据传输（IIC通信属于同步、半双工串行通信）。IIC总线遵从主/从结构，可以实现一个主器件和多个从器件之间的通信，并且从器件永远不会主动给主器件发送数据。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件从总线上读取数据，则定义为接收器（主器件和从器件都可以是发送器也可以是接收器）谁接收谁应答。
2.IIC总线物理结构
上拉电阻作用：确保总线空闲时为高电平
3.IIC总线通信方式
通过器件地址建立通信。器件地址：固定地址（4）+ 可编程地址（3）+ 读写为（0读1写）
IIC设备地址是一个7位地址，并且这个7位地址分成两部分，分别是固定地址（器件地址）和可编程地址（芯片管脚地址）。 4+3
- 固定地址：IIC器件在生产时，芯片厂家已经固化在芯片内部的地址，使用者不可更改。
- 可编程地址：由IIC器件地址管脚上的电平状态决定。地址管脚接电源则表示数字“1”，地址管脚接地则表示数字“0”。（可以根据器件说明修改地址 例如：迈莱芯MLX90640修改设备地址方法，I2C挂载多个MLX90640）
- 最低位为控制字节，控制读写方向（指主机的读写方向）。
IIC总线数据传输速度在标准模式下可达100Kbit/S，快速模式下可达400Kbit/S以及高速模式下可达3.4Mbit/S。
4.IIC模式配置
1）引脚配置
- SCL,SDA可以配置成推挽输出、开漏输出（上拉电阻输出1）
- SCL，SDA也可以配置成开漏输出、开漏输出（开漏输出为防止多个器件存在短路）
注意：必须器件内部自带上拉电阻 或者外界接上拉电阻 或者软件设置上拉电阻
- SCL,SDA也可以配置成推挽输出、推挽输出与浮空输入（通过切换模式）
2）开漏输出和线与
硬件IIC：会自动配置为开漏输出，（不推荐不稳定）
软件IIC：
推挽输出：输出0，N-MOS激活。 输出1，P-MOS激活
开漏输出（不带上拉电阻）：输出0，N-MOS激活。 输出1，P-MOS不会激活，不会输出高电平
开漏输出（带上拉电阻）：输出0，N-MOS激活。 输出1，P-MOS激活
简言之：开漏输出必须有上拉电阻才能输出高电平。目前单片机GPIO口可以通过软件设置配置上下拉
开漏输出的作用：
- 防止短路: 在一些情况下(比如总线), 多个GPIO口可能会连接在同一根线上, 存在某个GPIO输出高电平, 另一个GPIO输出低电平的情况. 如果使用推挽输出, 你会发现这个GPIO的VCC和另一个GPIO的GND接在了一起, 也就是短路了(凉凉了). 如果换成开漏输出呢? VCC和GND多了个电阻, 这样电路就是安全的.所以总线一般会使用开漏输出.
- 实现线与，减少一个与门，简化逻辑。同时当多个器件通讯的时候，因为线与. 如果主设备A拉高SDA时, 已经有其他主设备将SDA拉低了. 由于 1 & 0 = 0 那么主设备A在检查SDA电平时, 会发现不是高电平, 而是低电平. 说明其他主设备抢占总线的时间比它早, 主设备A只能放弃占用总线. 如果是高电平, 则可以占用.（SDA为高电平的时候才可以与器件进行通信，）
二.三种模式区别
IIC之所以分成三种模式，是由于SCL与SDA保持时间长短不同所决定的。例如：标准模式下要求SCL高电平保持时间最小为4.7us，快速模式下要求SCL高电平保持时间最小为0.7us. 这也是为什么高速率可以兼容低速率，而低速率不能兼容高速率的原因。
| 标准/S | 快速/F | 高速/HSE | |
| 速率 | 100KHZ | 400KHZ | 3.4MHZ |
| 例如：数据保持时间（为SCL低电 平时数据允许保存最长时间）
|
无 | 0.9us | 72或150ns |
| 器件寻址 | 7位（128个器件） | 7位或10位（1024个器件） | 7位或10位（1024个器件） |
| 优化功能 | 快速模式器件的输入有抑制毛刺的功能 |
Hs 模式器件的输出可以抑制毛刺 |
更多区别请查看IIC协议规范
三.时序分析
以软件模拟推挽输出例100K时序为例
1）起始信号
SCL在高电平期间，SDA出现一个由高到低的跳变（SDA，SCL有最小保持时间 ）
-
void IIC_Start(
void)
-
{
-
SDA_OUT();
-
SDA_H;
//串行数据线高电平（空闲信号）
-
CLK_H;
//串行时钟线高电平（空闲信号）
-
Delay_us(
5);
-
SDA_L;
//串行数据线拉出下降沿
-
Delay_us(
5);
-
CLK_L;
//串行时钟线拉出下降沿
-
}
2）终止信号
SCL在高电平期间，SDA出现由低变高的跳变（SDA，SCL有最小保持时间 ）
-
void IIC_Stop(
void)
-
{
-
SDA_OUT();
//输出模式
-
CLK_L;
//串行时钟线低电平
-
SDA_L;
//串行数据线低电平
-
CLK_H;
//串行时钟线高电平
-
Delay_us(
5);
-
SDA_H;
//串行数据线高电平 上升沿
-
Delay_us(
5);
-
-
}
3）应答信号
SCL在高电平期间SDA始终处于低电平（SCL保持时间<= SDA保持时间）
需要在传输完毕一个字节后发送
-
void IIC_Send_ACK(
void)
-
{
-
-
CLK_L;
-
SDA_OUT();
//输出模式
-
SDA_L;
//串行数据线低电平
-
Delay_us(
5);
-
CLK_H;
//串行时钟线线高电平 上下
-
Delay_us(
5);
-
CLK_L;
//串行时钟线线低电平
-
}
4）非应答信号
SCL在高电平期间SDA始终处于高电平（SCL保持时间<= SDA保持时间）
需要在传输完毕一个字节后发送
-
void IIC_Send_NoACK(
void)
-
{
-
-
CLK_L;
-
SDA_OUT();
-
SDA_H;
//串行数据线为高电平
-
Delay_us(
5);
-
CLK_H;
-
Delay_us(
5);
-
CLK_L;
-
}
5）检测应答
SCL为高电平的时候可以读取SDA的状态，因此可以将SDA模式切换为输入模式，读取SDA引脚状态，0位应答，1位非应答
SCL为低电平允许数据发生变化
SDA：为高电平的时候可以占用总线，此时将SDA拉低，开始通信。当为低电平的时候，SDA已经被占用。
SCL： SCL为高电平的时候要求数据稳定 SCL为低电平的时候允许数据改变
-
u8 IIC_Get_ACK(
void)
-
{
-
u8 ERRTIME =
0;
//超时变量
-
SDA_IN();
-
//SDA_L;// 没有影响
-
Delay_us(
5);
-
CLK_H;
-
Delay_us(
5);
-
while( READ_SDA() )
-
{
-
ERRTIME++;
-
if(ERRTIME >=
250)
-
{
-
IIC_Stop();
-
return
1;
-
}
-
}
-
CLK_L;
-
return
0;
-
}
6）发送数据
-
void IIC_Send_Data(u8 dat)
-
{
-
u8 i;
-
SDA_OUT();
-
CLK_L;
-
for(i =
0; i <
8; i++)
//分8次传输数据 一位一位传递 串行
-
{
-
if(dat &
0x80)
//先发最高位 1000 0000
-
{
-
SDA_H;
//写1
-
}
-
else
-
{
-
SDA_L;
//写0
-
}
-
dat <<=
1;
//左移操作 次高位-->最高位
-
Delay_us(
5);
-
CLK_H;
-
Delay_us(
5);
-
CLK_L;
-
Delay_us(
5);
-
}
-
}
7）接收数据
将SDA切换为输入模式。拉高SCK电平，可以读取数据
-
u8 IIC_Read_Data(u8 ack)
-
{
-
unsigned
char i,date =
0;
-
SDA_IN();
-
for(i =
0; i <
8; i++)
-
{
-
-
CLK_L;
-
Delay_us(
5);
-
CLK_H;
-
date <<=
1;
-
Delay_us(
5);
-
if( READ_SDA() )
-
{
-
date ++;
-
}
-
//Delay_us(2);
-
}
-
if(ack)
-
{
-
IIC_Send_ACK();
//发送应答
-
}
-
else
-
{
-
IIC_Send_NoACK();
//发送非应答
-
}
-
return date;
-
-
}
转载：https://blog.csdn.net/qq_45604814/article/details/116099878