IIC学习

1 概述：

IIC是用两条双向的线，一条SDA(serial data line),一条SCL(serial clock).

SCL:上升沿将数据输入到每个EEPROM器件中，下降沿驱动EEPROM器件输出数据（边沿触发）

SDA:双向数据线，为OD门，与其它任意数量的OD与OC门成“线与”关系

2 输出级

每一个IIC总线器件内部的SDA、SCL引脚电路结构都是一样的，引脚的输出驱动与输入缓存连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管，输入缓存为一只高输入阻抗的同向器，这种电路具有两个特点

1）由于SDA、SCL为漏极开路结构，因此它们必须接有上拉电阻，阻值大小为1K8(1800o)、4K7(4700o)、10K，但1K8时性能最好；当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线与关系。

2）引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测，检测是否与刚才输出一致，为“时钟同步”和“总线仲裁”提供了硬件条件

3 主设备与从设备

系统中的所有外围器件都具有一个7位的“从器件专用地址码”，其中高4位为器件类型，由生产厂家制定，低3位为器件引脚定义地址，由使用者定义。主控器件通过地址码建立多机通信的机制，因此IIC总线省去了外围器件的片选线，这样无论总线上挂接多少个器件，其系统仍然为简约的二线结构。终端挂载在总线上，有主端和从端之分，主端必须是带有CPU逻辑模块，在同一总线上同一时刻使能有一个主端，可以有多个从端，从端的数量受地址空间和总线的最大电容400pF的限制。

主端主要用来驱动SCL line;

从设备对主设备产生响应；

二者都可以传输数据，但是从设备不能发起传输，且传输是受到主设备控制的。

4 速率

普通模式：100kHz

快速模式：400kHz

高速模式：3.4MHz

5协议

5.1 空闲状态

IIC总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个期间的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

5.2 起始信号与停止信号

起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号

停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号

5.3 ACK

发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收器接收该字节没有成功。对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

如下图逻辑分析仪的采样结果：释放总线后，如果没有应答信号,SDA应该一直维持在高电平，但是如图中蓝色虚线部分所示，它被拉低为低电平，证明收到了应答信号。

总结：1)接收器在SCL的上升沿到来之前的低电平期间拉低SDA;

2)应答信号一直保持到SCL的下降沿结束；

5.4 数据的有效性

IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

个人理解：虽然只要求在高电平期间保持稳定，但是要有一个提前量，也就是数据在SCL的上升沿到来之前就准备好，因为数据在SCL的上升沿打入到器件（EEPROM）中的。

5.5 数据的传送：

在IIC总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发.

6 工作过程

总线上的所有通信都是由主控器引发的。在一次通信中，主控器与被控器总是在扮演着两种不同的角色。

6.1 主设备向从设备发送数据

主设备发送起始位，这会通知总线上的所有设备传输开始了，接下来主机发送设备地址，与这一地址匹配的slave将继续这一传输过程，而其他slave将会忽略接下来的传输并等待下一次传输开始。主设备寻址到从设备后，发送它所要读取或写入的从设备的内部寄存器地址；之后，发送数据。数据发送完毕后，发送停止位。

写入过程如下：

1 发送起始位

2 发送从设备的地址和读/写选择位；释放总线，等到EEPROM拉低总线进行应答；如果EEPROM接收成功，则进行应答；若没有握手成功或者发送的数据错误时EEPROM不产生应答，此时要求重发或者终止

3 发送想要写入的内部寄存器地址，EEPROM对其发出应答

4 发送数据

5 发送停止位

6 EEPROM收到停止信号后，进入到一个内部的写入周期，大概需要10ms，此期间任何操作都不会被EEPROM响应：（因此以这种方式的两次写入之间要插入一个延时，否则会导致失败）

详细

说明：主控器通过发送地址码与对应的被控器建立了通信关系，而挂接在总线上的其他被控器虽然同时也收到了地址码，但因为与其自身的地址不相符合，因此提前退出与主控器的通信

6.2 主控器读取数据的过程

在从slave读取数据前，必须先要告诉它那个内部寄存器是你想要读取的，因此必须先对其进行写入（dummy write）

读取过程

1 发送起始位

2 发送slave地址 + write bit set

3 发送内部寄存器地址

4 重新发送起始位，即restart

5 重新发送slave地址 + write bit set

6 读取数据

主机接收器在接收到最后一个字节后，也不会发出ACK信号。于是，从机发送器释放SDA线，以允许主机发出P信号结束传输。

7 发送停止位

详细

6.3 页写

6.3.1 页写数据过程

不同的器件页写的字节数也不同，2402是按8字节/页写，2404-08-16是按16字节/页写。而2432-2464则是按32字节页写；

页写初始化和字节写相同，只是主器件不会在第一个数据后发送停止条件，而是EEPROM的ACK以后，接着发送（7个）、（15个）、（31个）数据。EEPROM在收到数据后每个都应答0，最后仍需要主器件发送停止条件。终止页写条件。

在接收或发送每个数据后，字地址的（低3位）、（低4位）、（低5位）内部自动加1，高位地址不变，维持当前页。当内部产生的字地址达到该页边界地址时，随后的数据将写入该页的页首，这是会将先前的字节覆盖掉，要注意。

6.3.2 读页数据过程

主器件接收到一个数据后，应答ACK。只要EEPROM接收到ACK,将自动增加字地址并继续随时钟发送后面的数据。若达到存储器的地址末尾，地址自动回转到0.仍可继续顺序读取数据。主器件不应答0，而发送停止条件，即可结束顺序读操作。

7 实例程序

 void SCL_Init()
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
 }

 void SDA_Out_Init()
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
 }

 void SDA_In_Init()
 {
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
 }

 void IIC_Init() //初始化总线
 {
     SCL_OUT=;
     SDA_OUT=;
     delay_us();
 }

 void IIC_Start() //开始发送 SCL为高，SDA由高变低
 {
     SDA_Out_Init();
     SCL_OUT=;
     SDA_OUT=;

     delay_us();
     SDA_OUT=;
     delay_us();

     SCL_OUT=;
 }

 void IIC_Stop() //停止  SCL为高，SDA由低变高
 {
     SDA_Out_Init();
     SCL_OUT=;
     SDA_OUT=;
     SCL_OUT=;
     delay_us();

     SDA_OUT=;
     delay_us();
 }

 u8 IIC_Wait_Ack() //等待应答
 {
     u8 time=;

     SDA_OUT=;
     delay_us();
     SDA_In_Init();
     SCL_OUT=;
     delay_us();
     while(SDA_IN)  //#define SDA_IN PBin(11)
     {
         time++;
         if(time>)  //如果超过250还无应答，IIC停止
         {
             IIC_Stop();
             return ;
         }
     }
     SCL_OUT=;
     return ;
 }

 void IIC_Ack()  //应答信号
 {
     SCL_OUT=;
     SDA_Out_Init();
     SDA_OUT=;
     delay_us();

     SCL_OUT=;
     delay_us();
     SCL_OUT=;
 }

 void IIC_NAck()  //非应答
 {
     SCL_OUT=;
     SDA_Out_Init();
     SDA_OUT=;
     delay_us();

     SCL_OUT=;
     delay_us();
     SCL_OUT=;
 }

 void IIC_Write_Byte(u8 data) //写一个字节数据
 {
     int i,receive=;
     SDA_Out_Init();

     receive=data;
     SCL_OUT=;
     for(i=;i<;i++)  //相当于SCL低电平期间准备好要写入的数据，SCL跳变为高电平进行发送
     {
         if(receive&0x80)
             SDA_OUT=;
         else
             SDA_OUT=;
         receive=receive<<;
         delay_us();

         SCL_OUT=;
         delay_us();
         SCL_OUT=;
         delay_us();
     }
 }

 u8 IIC_Read_Byte(u8 ack) //读一个字节
 {
     int i,txdata=;
     SDA_In_Init();

     SCL_OUT=; //
     delay_us();
     for(i=;i<;i++)
     {
         SCL_OUT=;  //高电平保持数据的稳定；来一个上升沿，数据就将要读取的一位放在数据线SDA上，所以接下来就得左移，才能读取下一位数据
         delay_us();
         txdata=txdata<<;
         if(SDA_IN)
             txdata++;
         delay_us();    

         SCL_OUT=;
         delay_us();
     }
     if(!ack)
         IIC_NAck();
     else
         IIC_Ack();
     return txdata;
 }

 void write_addr(u8 address,u8 data)
 {
     IIC_Start();
     IIC_Write_Byte(0xA0); //发送从器件芯片的地址，由于IIC可以挂接好多芯片，所以需要先找到该芯片
     IIC_Ack();

     IIC_Write_Byte(address);//发送芯片的字节地址，需要确定将数据发送到芯片的某个位置，芯片大小有2K
     IIC_Ack();

     IIC_Write_Byte(data); //将数据写入到芯片内
     IIC_Ack();

     IIC_Stop();
     delay_ms(); //数据写完之后需等10ms时间才能再次发送起始信号，这个时间叫写周期
 }

 u8 read_addr(u8 address)
 {
     u8 temp;

     IIC_Start();
     IIC_Write_Byte(0xA0); //器件地址
     IIC_Ack();
     IIC_Write_Byte(address);//想要读取的器件中的地址0到255
     IIC_Ack();

     IIC_Start();
     IIC_Write_Byte(0xA1); //1表示读取
     IIC_Ack();

     temp=IIC_Read_Byte();
     IIC_Ack();

     IIC_Stop();

     return temp;
 }

 void write_len(u16 address,u32 data,u8 len)
 {
     u8 i;
     for(i=;i<len;i++)
     write_addr(address+i,(data<<(*i)&0xff));
 }

 u32 read_len(u16 address,u8 len)
 {
     u8 j;
     u32 temp;
     for(j=;j<len;j++)
     {
         temp=temp<<;
         temp=temp+read_addr(address+len-j-);
     }
     return temp;
 }

 /**************************************
 将数据写入指定的地址里，num要写入数据个数
 *************************************/
 void write(u8 addr,u8 *buffer,u8 num)
 {
     while(num--)
     {
         write_addr(addr,*buffer); //含有了stop
         addr++;
         buffer++;
     }
 }

 /**************************************
 在指定的地址读取数据
 *******************************************/
 u8 read(u8 addr,u8 *buffer,u8 num)
 {
     while(num)
     {
         *buffer++=read_addr(addr++);
         num--;
     }
     return *buffer;
 } 

 void write_twobyte(u8 address)
 {
     u8 i;
     u8 tx[]={,,};
     IIC_Start();
     IIC_Write_Byte(0xA0); //发送的是从器件芯片地址，由于IIC可以挂接好多芯片，所以需要先找到该芯片
     IIC_Ack();

     IIC_Write_Byte(address);//发送芯片的字节地址，需要确定将数据发送到芯片的某个位置，芯片大小2K
     IIC_Ack();

     for(i=;i<;i++)
     {
         IIC_Write_Byte(tx[i]); //将数据写入到芯片内
       IIC_Ack();
     }

     IIC_Stop();
     delay_ms();
 }