嵌入式常用技术概览之IIC(I2C)

一、先决知识

            (1)模电基础知识（用以理解IIC如何通信）

二、IIC概览

              I2C是80年代飞利浦（Philips->NXP->高通）研发的双线串行总线。目前，I2C广泛应用与单微处理器，EEPROM，数模转换，压力传感器等芯片的接口。

三、IIC结构，协议和时序

1、总线结构

            

            由图中可知

               SDA:data line (数据传输线) 

               SCL:clock line (时钟线)

            （1）IIC采用了双线总线

           （2）由1，2箭头指示可知 IIC器件内部采用了开漏的方法，总线被上拉，即总线状态只能是被下拉为0（当MOS管输入0的时候）

            （3）只要有一方下拉了总线，总线状态必定为0

2、IIC协议

（1）模式

标准IIC	速度
Standard-mode (Sm)普通模式	100 kbit/s
Fast-mode (Fm)快速模式	400 kbit/s
High-speed mode (Hs-mode)高速模式	3.4 Mbit/s
变种IIC
Fast-mode Plus (Fm+)快速+模式	1 Mbit/s
Low-speed mode(Ls-mode)低速模式	10kb/s

(2)具体通信时序

                ①IIC协议上不区分主从设备，谁发起谁是主设备

                ②IIC通信时序的组成元素

            

               易见：IIC时序主由以上四个元素组成

            如何理解这四个时序？

            由于IIC只有两根线，其中一根被用于时钟信号（SCL）,且如我们一般所知的，CLK在高电平时传输的是数据是稳定的，那么就传输的内容可以分为两种情况：在CLK高时不变的是数据位，在CLK高时跳变的是控制位。并且跳变有两个方向：1-0和0-1（又知SDA总线闲事是1，且只有下拉操作）故1-0是开始信号，0-1是结束信号（释放总线信号）

           由于，SDA传输完一个bit之后，主机会释放SDA线（最后一位是0时即取消下拉或者最后一位本来就是1），这时SDA处于高电平的状态，从机就可以控制SDA线了,若从机下拉了SDA线并且主机从SDA读到了这一个低电平，则表示从机发送了一个确认信号（0）。若从机不对SDA下拉，则主机读到SDA依然位高电平，故表示一个非应答信号（1）。

        

            ③如何发起通信

            

         流程如上图，可以总结位：设备发出开始信号（当总线没有被占用时）通知其他设备总线被‘我’占用了我要开始操作了，成为主机-->主机占用SDA发出地址和读/写操作-->主设备放SDA-->地址对应的设备占用SDA,发出回应（其他设备忽略，并且记下总线被占用了）-->主设备收到回复重新占用SDA发送数据-->主设备释放SDA等待回应-->从设备占用SDA发出ack信号-->主设备发出停止信号，告知从设备和其他设备通信结束，总线被释放 。

            ④常见读写时序

                Ⅰ：单字节写（如上图）（数据只能在SCLK为低的时候变换，高的时候要保持稳定）

⑤关于IIC设备地址问题

               Ⅰ：通常 设备地址的高7位为地址，最低位  读写操作位 0位读 1为写

              Ⅱ：设备地址数的问题：理论上7位由128位地址，然而除去保留几个保留地址如广播地址0x00等，数量少于128个，且标准协议里遇见了地址的局限性，扩充了10位地址的概念（此处不进行论述）

            Ⅲ：对于IIC可以挂多少个设备的问题：对于同一个地址的设备来说，在不进行地址扩充（片选）的情况下只能挂一个，对于不同的设备来说，标准协议里面没由限制具体的个数的多少，这个由线路布线情况，软件情况以及工作模式确定。对于标准模式，只要总线上的负载电容不超过400pf，不超过芯片的负载能力既可以。

四、如何模拟IIC通信协议

(1)由上可见，我们只要模拟4个1位的基本信号+2个8位传输信号就可以完成所有的模式。

具体要实现的函数

Ⅰ：I2C_START()  //开始信号

Ⅱ：I2C_STOP()    //结束信号

III: I2C_ACK()        //发送响应信号

Ⅳ：I2C_NACK()    //发送非响应信号

Ⅵ：I2C_SEND(unsinged char data) //数据发送信号

Ⅶ：I2C_READ(unsigned char * data)//数据读取信号

显现时需要注意的细节：结束后总是释放SDA，即输出1。时序的延时问题要小心，参看具体器件的datasheet。