IIC通信协议

柔情只为你懂 2022-07-15 08:37 250阅读 0赞

## IIC简单介绍 ##

> 平时所说的IIC通信指的是用单片机的两个I/O端口模拟出来的IIC，正真的IIC实>际上是一块硬件电路，那是飞利浦公司的专利，要想用那就拿钱来买。有大牛既想用又不想花钱，就用两个端口模拟出了IIC通信协议，因为方便（51上的IIC改一下端口配置就可以在STM32F103上使用）所以被广泛使用。啰嗦了这么多，下面进入正题，嘿嘿。

首先IIC通信由两根线组成:  
                时钟线SCL：在通信过程起到控制作用。  
                数据线SDA：用来一位一位的传送数据。  
      其次IIC通信过程由开始、结束、发送、接收四个函数构成，接下来小编通过介绍这四个函数来介绍IIC通信协议。

**先记住两个概念，很重要：**  
                **1、（在发送、接收数据的时候）当SCL为高电平时，SDA线不允许变化；当SCL线为低电平时，SDA线可以任意0、1变化。**  
                **2、（在任意时候）只有当SCL为高电平时，IIC电路才对SDA线上的电平（0或者1）进行记录（这个记录小编把它叫做采样），当SCL线为低电平时，无论SDA是高还是低，IIC电路都不对SDA进行采样。**

(假设我现在有一个单片机和外设进行IIC通信，两根线初始状态均为高电平)

### 开始信号 ###

IIC协议规定：当SCL为高电平时，SDA由高电平变成低电平，认为这是IIC通信的开始信号。具体代码实现如下:

void MPU_IIC_Start(void)
    { 
    	MPU_SDA_OUT();     //sda线输出
    	MPU_IIC_SDA=1;	  	  
    	MPU_IIC_SCL=1;
    	MPU_IIC_Delay();
     	MPU_IIC_SDA=0;//SDA线由高变低
    	MPU_IIC_Delay();
    	MPU_IIC_SCL=0;
    }

如上述代码所示，起始状态SCL和SDA均为高点平，延时下（一般4.7us左右），之后拉低SDA，这样起始信号就产生了，外设的IIC接口一收到这种电平变化就认为 哦哦，要开始IIC通信了。最后一句拉低SCL的操作小编认为是一是为了允许SDA线0、1变化；二是为了防止外设的IIC对SDA线进行采样。  
\#\#\#结束信号  
      IIC协议规定：当SCL为高电平时，SDA由低电平变成高电平，认为这是IIC通信的结束信号。具体代码实现如下:

void IIC_Stop(void)
    { 
    	SDA_OUT();//sda线输出
    	IIC_SCL=0;
    	IIC_SDA=0;
     	delay_us(4); 
    	IIC_SCL=1;
     	delay_us(4); 
    	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号 
    }

如上述代码所示，先把SCL拉低允许SDA变化，再把SDA拉低（为拉高做准备，哈哈）延时，再把SCL拉高，（让外设的IIC电路采集SDA线上的电平0）再延时（外设采样需要花时间）之后拉高SDA（因为SCL已经为高了，所以外设直接就采样了）。这样结束信号就产生了，外设IIC接收到这种电平变换意识到 哦哦 IIC通信结束了。  
\#\#\#应答信号  
      IIC协议规定，当接受到一个字节（8bit）后，数据接收方必须向数据发送方返回一个低电平信号，此信号称作应答信号（表示上一个数据成功接受可以继续接受）。若未返回应答信号，则认为数据接收方出现故障。由于单片的这端是IIC程序，而外设那端是IIC电路，所以当单片机发送数据时，外设的IIC电路会自动返回应答信号（前提外设没故障，嘿嘿）。当单片机接收数据的时候，应答信号就得我们自己写了。  
      //应答信号具体实现如下：

void IIC_Ack(void)
    { 
    	IIC_SCL=0;
    	SDA_OUT();
    	IIC_SDA=0;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=1;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=0;
    }

如上代码所示，先把时钟线拉低，再把数据线拉低，最后把始终先拉高，这样就告诉外设赶紧把数据线上的低电平才进去，应答信号就这样反回了，是不是很简单呢。非应答信号的代码如下，也很近单，小编就不啰嗦了。

void IIC_NAck(void)
    { 
    	IIC_SCL=0;
    	SDA_OUT();
    	IIC_SDA=1;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=1;
    	delay_us(2);
    	IIC_SCL=0;
    }

### 发送函数 ###

发送数据就是把字节一位一位的发送出去，具体实现如下：

void IIC_Send_Byte(u8 txd)
    {                         
        u8 t;   
    	SDA_OUT(); 	    
        IIC_SCL=0;
        for(t=0;t<8;t++)
        {               
            IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;//把要发送的数据的最高位放到数据线上
    		txd<<=1;//次高位变最高位（为下次发送做准备） 
    		delay_us(2);   //必须延时
    		IIC_SCL=1;//拉高时钟线，告诉外设可以采样了
    		delay_us(2); 
    		IIC_SCL=0;//拉低时钟线，允许数据线发生变化
    		delay_us(2);
        }	 
    }

对了单片机发送完一个字节后面必须跟一个等外应答函数，万一外设挂了呢，单片机还在傻傻的发送，好可怜呢？具体实现如下：

u8 IIC_Wait_Ack(void)
    { 
    	u8 Time=0;
    	SDA_IN();        
    	IIC_SDA=1;
    	delay_us(1);	   
    	IIC_SCL=1;
    	delay_us(1);	 
    	while(IIC_SDA)
    	{ 
    		Time++;
    		if(Time>250)
    		{ 
    			IIC_Stop();
    			return 1;
    		}
    	}
    	IIC_SCL=0;	   
    	return 0;  
    }

这段代码很简单，就是先让SDA=1，再判断在一定时间内SDA是否变为0，从而识别出外设有没有发送应答信号。这里就不赘述了。

### 接受函数 ###

跟发送一样，只是把数据一位一位接受进来，记得要返回应答信号哟。具体实现如下：

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(IIC_SDA)receive++;   
    		delay_us(1); 
        }					 
        if (!ack)
            IIC_NAck();//非应答
        else
            IIC_Ack(); //应答 
        return receive;
    }

首先我们要确定这个字节接收完毕后还需不需要继续接受字节，继续ACK=1,不继续ACK=0。循环中，时钟线拉低，先允许外设把数据线0、1变换，在时钟线拉高，禁止数据线变化（把外设送到数据线上的电平固定住）。 当i=0时，receive<<=1;不起任何作用，但是以后就有用了，有大用处。再判断下数据线上电平是高还是低，假设IIC\_SDA=1，则receive++就是把外设输出的1方到receive的最低位上去，这样一位数据就接受进来了。循环第二次，此时i=1，仍旧数据线拉低，再拉高，先允许变化再固定，\*\*receive<<=1起作用了，把刚才接受到的1移到次低位上去，给即将要接收的电平腾个地，\*\*之后的在判断什么什么的就都一样了哈，读者自己分析。八次循环以后，一个字节就接受到了。别忘了应答信号哟。最后把接受到了的数据返回，则一个字节就真正接收到了。是不是很简单呢？  
      上述几个函数是IIC通信协议，具体怎么使用得看不同外设的通信方式是怎么规定的。这些就只能见招拆招了，嘿嘿，至此，小编啰嗦完毕！