以下內(nèi)容，將解釋以下幾個問題
1.IIC協(xié)議是什么？
2.IIC協(xié)議用來干什么？
3.IIC協(xié)議的通信過程？

1.IIC協(xié)議是什么？

IIC,即I2C，全稱 Inter-Integrated Circuit，字面上的意思是集成電路之間，它其實是I2C Bus簡稱，所以中文應該叫 集成電路總線 ，它是一種串行通信總線，使用多主從架構(gòu)，由飛利浦公司在1980年代為了讓主板、嵌入式系統(tǒng)或手機用以連接低速周邊設備而發(fā)展。（百度百科）

2.IIC協(xié)議用來干什么？

簡單地說，IIC就是一種通信協(xié)議，是為了能讓主板，或嵌入式系統(tǒng)等與其他外設模塊進行通信而進行開發(fā)的。玩過stm32開發(fā)板的同學都知道，對于一塊stm32核心開發(fā)板而言，要想使用其他的外設模塊，就肯定要經(jīng)過接線，寫代碼，燒錄運行的這個過程。

其實這個過程，就是一個stm32與外設模塊通信的過程。接線，就是搭建通信的線路。寫代碼，就是制定通信的傳輸協(xié)議。燒錄運行，就是正式的通信過程。只不過有的模塊通信過程很簡單，大家感覺不出來。

外設和芯片間的通信可以形象地比喻成兩個人講話：

你說的別人得能聽懂：雙方約定信號的協(xié)議

你的語速別人得能接受：雙方滿足時序要求

但是隨著科技的發(fā)展，模塊越來越多，總不可能，每個模塊都要制定一種通信協(xié)議，這樣不現(xiàn)實。所以，總要有一些代表性的協(xié)議能夠適應大部分的模塊的通信。IIC這是這樣一種協(xié)議，一個IIC總線上，可以掛載多個外接設備。

常用的串行通信協(xié)議有：

①UART串口通信

②IIC協(xié)議

③SPI協(xié)議

④USB協(xié)議（很難）

常用的并行通信協(xié)議有：

①8080

②6800

3 .IIC協(xié)議的通信過程( 此處重點 ）

接線：要搭建IIC的通信線路，出除去電源之外，還需要兩條線，分別是SDA和SCLK

SDA:數(shù)據(jù)信號線，用于傳輸數(shù)據(jù)

SCLK:時鐘信號線，用于產(chǎn)生時鐘頻率，控制時序，實現(xiàn)協(xié)議過程

由此可以看出，由于是單總線進行數(shù)據(jù)傳輸，所以IIC協(xié)議是半雙工的。

搭建好線路之后，就要進行具體的通信了。

要通信，總得先發(fā)個開始信號吧。就像你要和別人說話，總要先喊他一聲一樣。如下圖所示，協(xié)議規(guī)定，當SCLK時鐘信號一直處于高電平狀態(tài)時，SDA線由高電平跳變到低電平這個動作，表示起始信號。注意此時就算SDA數(shù)據(jù)線的電平跳變完，SCLK線依然是高電平哦。當連接在IIC總線上的外設模塊檢測到這個信號時，就知道數(shù)據(jù)要開始傳輸了。對于結(jié)束信號同理，協(xié)議規(guī)定，當SCLK時鐘信號一直處于高電平狀態(tài)時，SDA線由低電平跳變到高電平這個動作，表示結(jié)束信號。

在明白如何開始之后，就要開始進行數(shù)據(jù)的傳輸了。

協(xié)議規(guī)定，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，SCLK為高電平時，外設模塊開始采集SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，此時要求SDA數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)必須穩(wěn)定（不然鬼知道這一位數(shù)據(jù)是0還是1），當SCLK為低電平時才允許SDA線上的數(shù)據(jù)跳變成另外一種狀態(tài)。

以下以傳輸1個bit的數(shù)據(jù)為例，如下圖所示：

現(xiàn)在，我想傳輸1bit數(shù)據(jù)，該位數(shù)據(jù)為1，從上文知道，我們在發(fā)完開始信號之后，此時SDA數(shù)據(jù)線的電平狀態(tài)為低電平，SCLK信號依然是高電平。難道這個時候外設就要開始讀取數(shù)據(jù)了嗎？

這顯然不是的，從發(fā)完開始信號到真正的數(shù)據(jù)傳輸之間，會有一段緩沖時間，讓我們?nèi)蕚鋽?shù)據(jù)，在準備數(shù)據(jù)階段，先將SCLK信號拉低一段時間，在這期間將SDA數(shù)據(jù)線拉高一段時間（即數(shù)據(jù)1），然后再將SCLK信號拉高，此時這個時鐘信號的高電平被外設檢測到的話，外設就知道要讀取數(shù)據(jù)了，從而SDA上的數(shù)據(jù)就會被外設讀到了。依次類推，傳輸下一位數(shù)據(jù)。

一般，傳輸完1個字節(jié)（即8bit，高位先入）的數(shù)據(jù)，才算做一次完整的數(shù)據(jù)傳輸，因為對存儲單元而言，最小的單位便是字節(jié)。那如何確定，每次都完好地傳輸了一個字節(jié)呢？

這種情況就需要外設來做出回應了，就像打電話一樣，如果對方不在，或不想聽，說再多也沒用啊。那么外設如何做出回應呢？

協(xié)議規(guī)定，主機每傳完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)即外設每收到一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，外設就要在第9個時鐘脈沖到來的時候，將SDA數(shù)據(jù)線拉低進行應答（ACK）,且必須是穩(wěn)定的低電平，表示已經(jīng)收到了一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，拉高表示不進行應答（NACK；注意這里是外設將SDA數(shù)據(jù)線拉低，不是主機了哦。如下圖所示：

所以在主機傳完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，就應該釋放總線（協(xié)議規(guī)定，當SDA和SCLK同時為高時，表示空閑狀態(tài)）然后把SDA數(shù)據(jù)線連接的IO口從輸出模式轉(zhuǎn)換成輸入模式，這樣才能拿到SDA數(shù)據(jù)線上的應答信號。這樣，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)就從主機到外設傳輸完畢了。

既然IIC是雙向通信的，那主機肯定也是需要從外設讀取數(shù)據(jù)的，那這個讀取的過程又是怎么實現(xiàn)的呢？畢竟外設對于我們而言是不能直接操作的，我們能操作的只有stm32。我們知道，一個IIC總線上，可以掛載多個設備，那么stm32如何確定是哪個外設正在跟我進行通信呢。對于此，那些生產(chǎn)外設模塊的廠商們就約定，要是這個設備使用IIC協(xié)議進行通信，那么就要給這個設備指定一個器件地址，以供芯片訪問。這個器件地址會在你購買其模塊的時候在使用手冊上注明。所以，要跟哪個模塊通信，就一定要通過查閱其使用手冊，找到它的器件地址。

所以，在上文所述的最開始的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，這一個數(shù)據(jù)往往是器件地址。這樣，對應的外設才知道，是要跟我進行通信。讀取數(shù)據(jù)，也是同理，要想從外設中讀取到數(shù)據(jù)，主機要明確三點：從哪個外設中的哪個地方讀取數(shù)據(jù)，讀取到的數(shù)據(jù)要存到哪里。

所以主機，在開始讀數(shù)據(jù)之前，主機必須要先給外設發(fā)器件地址，數(shù)據(jù)所在的地址，外設才會知道你要從該地址讀取數(shù)據(jù)，從而把數(shù)據(jù)通過SDA線傳出來。至于具體的每個字節(jié)的傳輸過程，和上面所講的從主機到外設的過程差不多，只不過反了一個反向而已，并且主機的等待應答變成了主動應答。

/*  設置SDA總線為輸出模式  參數(shù)值：NULL  返回值：NULL*/
void IIC_setSDAMode_Out(){  GPIO_InitTypeDef GPIO_IIC;    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);    GPIO_IIC.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_OUT;        //輸出  GPIO_IIC.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;        //推挽  GPIO_IIC.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_15;                //引腳  GPIO_IIC.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;           //上拉  GPIO_IIC.GPIO_Speed = GPIO_Speed_25MHz;        //輸出  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_IIC);}

/*  設置SDA總線為輸入模式  參數(shù)值：NULL  返回值：NULL*/
void IIC_setSDAMode_In(){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_IIC;  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);    GPIO_IIC.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN;           //輸出  GPIO_IIC.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_15;                 //引腳  GPIO_IIC.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;            //上拉  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_IIC);
}
/*  IIC開始信號  參數(shù)值：NULL  返回值：NULL*/
void IIC_Start(){    IIC_setSDAMode_Out();        IIC_SDA_OUT(1);                             //總線釋放狀態(tài)    IIC_SCL_OUT(1);    delay_us(5);      IIC_SDA_OUT(0);                             //SDA跳變?yōu)榈碗娖?   delay_us(5);      IIC_SCL_OUT(0);            delay_us(5);


}
/*  IIC停止信號  參數(shù)值：NULL  返回值：NULL*/
void IIC_Stop(){    IIC_setSDAMode_Out();        IIC_SDA_OUT(0);              IIC_SCL_OUT(0);    delay_us(5);      IIC_SCL_OUT(1);                              //SDA跳變?yōu)楦唠娖?   delay_us(5);      IIC_SDA_OUT(1);            delay_us(5);
}
/*  主機寫入數(shù)據(jù)到外設中  參數(shù)值：         data  要寫入的一個字節(jié)  返回值：NULL*/
void IIC_writeByte(u8 data){    IIC_setSDAMode_Out();    IIC_SCL_OUT(0);                                 //只有時鐘線拉低，SDA上的數(shù)據(jù)才允許寫入  delay_us(5);    //將數(shù)據(jù)一位一位的發(fā)出去  for(int i =0;i<8;i++)  {      if(data&(0x1<<(7-i)))               //高位先入      {          IIC_SDA_OUT(1);      }      else      {          IIC_SDA_OUT(0);      }             IIC_SCL_OUT(1);                 //讓外設讀取數(shù)據(jù)       delay_us(5);           IIC_SCL_OUT(0);                 //重新拉低，準備寫入下一位數(shù)據(jù)       delay_us(5);  }}


/*  主機從外設中讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)  參數(shù)值：NULL  返回值：NULL*/
u8 IIC_readByte(){
    u8 data = 0;  IIC_setSDAMode_In();
  IIC_SCL_OUT(0);                  //先拉低，為讀取數(shù)據(jù)做準備  delay_us(5);
  for(int i=0;i<8;i++)  {        IIC_SCL_OUT(1);         // SCL為高期間才可以讀取數(shù)據(jù)      delay_us(5);        if(IIC_SDA_IN)    {        data|=(0x01<<(7-i));          }else{      data &= ~(0x1<<(7-i));    }      IIC_SCL_OUT(0);    delay_us(5);  }  return data;

}


/*  主機等待應答  參數(shù)值：NULL  返回值：ack     0  應答   1 不應答*/

u8 IIC_waitAck(){    u8 ack =0;  IIC_setSDAMode_In();
  IIC_SCL_OUT(0);             //準備時序  delay_us(5);    IIC_SCL_OUT(1);  delay_us(5);  
  if(IIC_SDA_IN)  {        ack =1;  }  else  {        ack =0;    }      IIC_SCL_OUT(0);              //拉低，表示應答完成  delay_us(5);      return  ack;

}
/*  主機主動應答  參數(shù)值：        ack  0 應答 1 不應答  返回值：NULL*/

void IIC_Ack(u8 ack){  IIC_setSDAMode_Out();  IIC_SCL_OUT(0);  delay_us(5);    if(ack)  {    IIC_SDA_OUT(1);  }  else  {      IIC_SCL_OUT(0);  }      IIC_SCL_OUT(1);  delay_us(5);    IIC_SCL_OUT(0);  delay_us(5);    }

審核編輯：湯梓紅