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IIC的基本介紹
IIC的簡介
IIC（Inter－Integrated Circuit）總線是一種由PHILIPS公司在80年代開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。它是半雙工通信方式。
- IIC總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此IIC總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。
- IIC總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控。
IIC串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL，其時鐘信號是由主控器件產(chǎn)生。所有接到IIC總線設備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。對于并聯(lián)在一條總線上的每個IC都有唯一的地址。
一般情況下，數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL都是處于上拉電阻狀態(tài)。因為：在總線空閑狀態(tài)時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。
STM32的IIC接口
目前絕大多數(shù)的MCU都附帶IIC總線接口，STM32也不例外。但是在本文中，我們不使用STM32的硬件IIC來讀取24C02，而是通過軟件的方式來模擬。
原因是因為：STM32的硬件IIC非常復雜，更重要的是它并不穩(wěn)定，故不推薦使用。
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IIC協(xié)議
IIC總線在傳輸數(shù)據(jù)的過程中一共有三種類型信號，分別為：開始信號、結束信號和應答信號。這些信號中，起始信號是必需的，結束信號和應答信號，都可以不要。同時我們還要介紹其空閑狀態(tài)、數(shù)據(jù)的有效性、數(shù)據(jù)傳輸。
先來看一下IIC總線的時序圖：
這可能會比較復雜，可以先看一份簡化了的時序圖：
空閑狀態(tài)
當IIC總線的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL兩條信號線同時處于高電平時，規(guī)定為總線的空閑狀態(tài)。此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態(tài)，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。?
起始信號與停止信號
- 起始信號：當時鐘線SCL為高期間，數(shù)據(jù)線SDA由高到低的跳變；啟動信號是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號；
- 停止信號：當時鐘線SCL為高期間，數(shù)據(jù)線SDA由低到高的跳變；停止信號也是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。
應答信號
發(fā)送器每發(fā)送一個字節(jié)（8個bit），就在時鐘脈沖9期間釋放數(shù)據(jù)線，由接收器反饋一個應答信號。?
- 應答信號為低電平時，規(guī)定為有效應答位（ACK，簡稱應答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)；
- 應答信號為高電平時，規(guī)定為非應答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功。?
對于反饋有效應答位ACK的要求是：接收器在第9個時鐘脈沖之前的低電平期間將數(shù)據(jù)線SDA拉低，并且確保在該時鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。?如果接收器是主控器，則在它收到最后一個字節(jié)后，發(fā)送一個NACK信號，以通知被控發(fā)送器結束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放數(shù)據(jù)線SDA，以便主控接收器發(fā)送一個停止信號P。
數(shù)據(jù)有效性
IIC總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定；只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。?
即：數(shù)據(jù)在時鐘線SCL的上升沿到來之前就需準備好。并在在下降沿到來之前必須穩(wěn)定。
數(shù)據(jù)的傳達
在IIC總線上傳送的每一位數(shù)據(jù)都有一個時鐘脈沖相對應（或同步控制），即在SCL串行時鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位的傳輸是邊沿觸發(fā)。
延時時間
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IIC總線的數(shù)據(jù)傳送
IIC總線上的每一個設備都可以作為主設備或者從設備，而且每一個設備都會對應一個唯一的地址（地址通過物理接地或者拉高），主從設備之間就通過這個地址來確定與哪個器件進行通信，在通常的應用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作為主設備，把掛接在總線上的其他設備都作為從設備。
也就是說，主設備在傳輸有效數(shù)據(jù)之前要先指定從設備的地址，地址指定的過程和上面數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程一樣，只不過大多數(shù)從設備的地址是7位的，然后協(xié)議規(guī)定再給地址添加一個最低位用來表示接下來數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?#xff0c;0表示主設備向從設備寫數(shù)據(jù)，1表示主設備向從設備讀數(shù)據(jù)。
- 主設備往從設備中寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：
淡藍色部分表示數(shù)據(jù)由主機向從機傳送，粉紅色部分則表示數(shù)據(jù)由從機向主機傳送。
寫用0來表示（低電平），讀用1來表示（高電平）。
- 主設備從從設備中讀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：
在從機產(chǎn)生響應時，主機從發(fā)送變成接收，從機從接收變成發(fā)送。之后，數(shù)據(jù)由從機發(fā)送，主機接收，每個應答由主機產(chǎn)生，時鐘信號仍由主機產(chǎn)生。若主機要終止本次傳輸，則發(fā)送一個非應答信號，接著主機產(chǎn)生停止條件。
- ?主設備往從設備中寫數(shù)據(jù)，然后重啟起始條件，緊接著從從設備中讀取數(shù)據(jù)；或者是主設備從從設備中讀數(shù)據(jù)，然后重啟起始條件，緊接著主設備往從設備中寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸格式如下：
在多主的通信系統(tǒng)中，總線上有多個節(jié)點，它們都有自己的尋址地址，可以作為從節(jié)點被別的節(jié)點訪問，同時它們都可以作為主節(jié)點向其它的節(jié)點發(fā)送控制字節(jié)和傳送數(shù)據(jù)。但是如果有兩個或兩個以上的節(jié)點都向總線上發(fā)送啟動信號并開始傳送數(shù)據(jù)，這樣就形成了沖突。要解決這種沖突，就要進行仲裁的判決，這就是I2C總線上的仲裁。
I2C總線上的仲裁分兩部分：SCL線的同步和SDA線的仲裁。
這部分就暫時不介紹了，想要了解：可以參考鏈接淺談I2C總線或I2C總線協(xié)議圖解。
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IIC底層驅(qū)動程序分析
現(xiàn)擬采用PB6、PB7來模擬IIC時序，其中：PB6為時鐘線，PB7為數(shù)據(jù)線。
首先進行一些必要的宏定義：
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;} #define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;} //IO操作函數(shù) #define IIC_SCL PBout(6) //SCL #define IIC_SDA PBout(7) //SDA #define READ_SDA PBin(7) //輸入SDA //IIC所有操作函數(shù) void IIC_Init(void); //初始化IIC的IO口 void IIC_Start(void); //發(fā)送IIC開始信號 void IIC_Stop(void); //發(fā)送IIC停止信號 void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC發(fā)送一個字節(jié) u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC讀取一個字節(jié) u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信號 void IIC_Ack(void); //IIC發(fā)送ACK信號 void IIC_NAck(void); //IIC不發(fā)送ACK信號 由于IIC是半雙工通信方式，因而數(shù)據(jù)線SDA可能會數(shù)據(jù)輸入，也可能是數(shù)據(jù)輸出，需要定義IIC_SDA來進行輸出、READ_SDA來進行輸入，與此同時就要對IO口進行模式配置：SDA_IN()和SDA_OUT()。
而時鐘線SCL一直是輸出的，所以就沒有數(shù)據(jù)線SDA麻煩了。
void IIC_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); } void IIC_Start(void) { SDA_OUT(); IIC_SDA=1; IIC_SCL=1; delay_us(4); IIC_SDA=0;???? delay_us(4); IIC_SCL=0;???? } void IIC_Stop(void) { SDA_OUT();???? IIC_SCL=0; IIC_SDA=0;???? delay_us(4); IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;???? delay_us(4); } u8 IIC_Wait_Ack(void) { u8 ucErrTime=0; SDA_IN(); IIC_SDA=1;delay_us(1); IIC_SCL=1;delay_us(1); while(READ_SDA) { ucErrTime++; if(ucErrTime>250) { IIC_Stop(); return 1; } } IIC_SCL=0;???? return 0; } void IIC_Ack(void) { IIC_SCL=0; SDA_OUT(); IIC_SDA=0; delay_us(2); IIC_SCL=1; delay_us(2); IIC_SCL=0; } void IIC_NAck(void) { IIC_SCL=0; SDA_OUT(); IIC_SDA=1; delay_us(2); IIC_SCL=1; delay_us(2); IIC_SCL=0; } void IIC_Send_Byte(u8 txd) { u8 t; SDA_OUT(); IIC_SCL=0;???????????? for(t=0;t<8;t++) { if((txd&0x80)>>7) IIC_SDA=1; else IIC_SDA=0; txd<<=1; delay_us(2); ???? IIC_SCL=1; delay_us(2); IIC_SCL=0; delay_us(2); } } u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack) { unsigned char i,receive=0; SDA_IN();???????? 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();???????? else IIC_Ack(); ???????? return receive; } 這里是通過普通IO口（PB6、PB7）來模擬IIC時序的程序，其實本質(zhì)上都是嚴格按照IIC的時序圖進行的，認真讀，仔細對比，應該是沒有什么困難的。
就提一下：IIC_Read_Byte()函數(shù)，這個函數(shù)的參數(shù)表示讀取一個字節(jié)之后，需要給對方應答信號或非應答信號。
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普通IO口模擬IIC時序讀取24C02
24C02芯片介紹
EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)，帶電可擦可編程只讀存儲器——一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲芯片。?
24Cxx芯片是EEPROM芯片的一種，它是基于IIC總線的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應用。24Cxx在電路的作用主要是在掉電的情況下保存數(shù)據(jù)。
本文使用的是24C02芯片，總容量是2k個bit（256個字節(jié)）。這里芯片名稱里的02代表著總容量。
24C02芯片的引腳分布和具體的作用見下圖：
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24C02芯片的引腳說明| 引腳名稱 | 說明 |
| A0-A2 | 地址輸入線 |
| SDA | 數(shù)據(jù)線 |
| SCL | 時鐘線 |
| WP | 寫保護 |
| GND、VCC | 提供電源 |
下圖是本文中24C02和STM32的引腳連接圖：
從圖中可以看出：A0、A1、A2都為0。
對于并聯(lián)在一條IIC總線上的每個IC都有唯一的地址。那么看一下從器件地址，可以看出對于不同大小的24Cxx，具有不同的從器件地址。由于24C02為2k容量，也就是說只需要參考圖中第一行的內(nèi)容：
根據(jù)圖中的內(nèi)容：如果是寫24C02的時候，從器件地址為10100000（0xA0）；讀24C02的時候，從器件地址為10100001（0xA1）。
24C02芯片的時序圖
這部分的內(nèi)容應結合上文：I2C總線的數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)容一起理解。
24C02字節(jié)寫時序
對24C02芯片進行寫字節(jié)操作的時候，步驟如下：
開始位，后面緊跟從器件地址位（0xA0），等待應答，這是為了在IIC總線上確定24C02的從地址位置；確定操作24C02的地址，等待應答，也就是將字節(jié)寫入到24C02中256個字節(jié)中的位置；確定需要寫入24C02芯片的字節(jié)，等待應答，停止位。24C02字節(jié)讀時序
對24C02芯片進行讀字節(jié)操作的時候，步驟如下：
開始位，后面緊跟從器件地址位（0xA0），等待應答，這是為了在IIC總線上確定24C02的從地址位置；確定操作24C02的地址，等待應答，也就是從24C02中256個字節(jié)中讀取字節(jié)的位置；再次開始位，后面緊跟從器件地址位（0xA1），等待應答；獲取從24C02芯片中讀取的字節(jié)，發(fā)出非應答信號，停止位。讀取24C02芯片程序
#define AT24C01 127 #define AT24C02 255 #define AT24C04 511 #define AT24C08 1023 #define AT24C16 2047 #define AT24C32 4095 #define AT24C64 8191 #define AT24C128 16383 #define AT24C256 32767 #define EE_TYPE AT24C02 void AT24CXX_Init(void) { IIC_Init(); } u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr) { u8 temp=0; IIC_Start(); if(EE_TYPE>AT24C16)???????????? { IIC_Send_Byte(0XA0); IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);???? IIC_Wait_Ack(); }else ????IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1)); IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReadAddr%256); IIC_Wait_Ack(); IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0XA1); IIC_Wait_Ack(); temp=IIC_Read_Byte(0); ???? IIC_Stop();???????? return temp; } void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite) { IIC_Start(); if(EE_TYPE>AT24C16) { IIC_Send_Byte(0XA0); IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);???? }else { IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); } IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(DataToWrite); IIC_Wait_Ack(); IIC_Stop();???? delay_ms(10); } void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len) { u8 t; for(t=0;t<Len;t++) { AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff); } } u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len) { u8 t; u32 temp=0; for(t=0;t<Len;t++) { temp<<=8; temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1); } return temp; } u8 AT24CXX_Check(void) { u8 temp; temp=AT24CXX_ReadOneByte(255); if(temp==0X55)return 0; else { AT24CXX_WriteOneByte(255,0X55); temp=AT24CXX_ReadOneByte(255); if(temp==0X55)return 0; } return 1; } void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead) { while(NumToRead) { *pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++); NumToRead--; } } void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite) { while(NumToWrite--) { AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer); WriteAddr++; pBuffer++; } } const u8 TEXT_Buffer[]={"WarShipSTM32 IIC TEST"}; #define SIZE sizeof(TEXT_Buffer) int main(void) { u8 key; u16 i=0; u8 datatemp[SIZE]; delay_init(); NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); uart_init(115200); LED_Init(); LCD_Init(); KEY_Init(); AT24CXX_Init(); POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"WarShip STM32"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"IIC TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/15"); LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY1:Write KEY0:Read"); while(AT24CXX_Check()) { LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C02 Check Failed!"); delay_ms(500); LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check! "); delay_ms(500); LED0=!LED0; } LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C02 Ready!"); POINT_COLOR=BLUE; while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==KEY1_PRES) { LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE); LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write 24C02...."); AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE); LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"24C02 Write Finished!"); } if(key==KEY0_PRES) { LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read 24C02.... "); AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE); LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is: "); LCD_ShowString(30,190,200,16,16,datatemp); } i++; delay_ms(10); if(i==20) { LED0=!LED0; i=0; } } } ?
IIC總結
進行數(shù)據(jù)傳送時，在SCL為高電平期間，SDA線上電平必須保持穩(wěn)定，只有SCL為低時，才允許SDA線上電平改變狀態(tài)。并且每個字節(jié)傳送時都是高位在前；對于應答信號，ACK=0時為有效應答位，說明從機已經(jīng)成功接收到該字節(jié)，若為1則說明接受不成功；如果從機需要延遲下一個數(shù)據(jù)字節(jié)開始傳送的時間，可以通過把SCL電平拉低并保持來強制主機進入等待狀態(tài)；主機完成一次通信后還想繼續(xù)占用總線在進行一次通信，而又不釋放總線，就要利用重啟動信號。它既作為前一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y束，又作為后一次傳輸?shù)拈_始；總線沖突時，按“低電平優(yōu)先”的仲裁原則，把總線判給在數(shù)據(jù)線上先發(fā)送低電平的主器件；在特殊情況下，若需禁止所有發(fā)生在I2C總線上的通信，可采用封鎖或關閉總線，具體操作為在總線上的任一器件將SCL鎖定在低電平即可；SDA仲裁和SCL時鐘同步處理過程沒有先后關系，而是同時進行的。 ?
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/CodeWorkerLiMing/p/10830459.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【STM32】IIC的基本原理（实例：普通IO口模拟IIC时序读取24C02）(转载)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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