以下內(nèi)容，將解釋以下幾個(gè)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(shí)是I2C Bus簡(jiǎn)稱，所以中文應(yīng)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(jī)用以連接低速周邊設(shè)備而發(fā)展。（百度百科）

2.IIC協(xié)議用來干什么？

簡(jiǎn)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(shè)模塊進(jìn)行通信而進(jìn)行開發(fā)的。玩過stm32開發(fā)板的同學(xué)都知道，對(duì)于一塊stm32核心開發(fā)板而言，要想使用其他的外設(shè)模塊，就肯定要經(jīng)過接線，寫代碼，燒錄運(yùn)行的這個(gè)過程。

其實(shí)這個(gè)過程，就是一個(gè)stm32與外設(shè)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(yùn)行，就是正式的通信過程。只不過有的模塊通信過程很簡(jiǎn)單，大家感覺不出來。

外設(shè)和芯片間的通信可以形象地比喻成兩個(gè)人講話：

你說的別人得能聽懂：雙方約定信號(hào)的協(xié)議

你的語速別人得能接受：雙方滿足時(shí)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(gè)模塊都要制定一種通信協(xié)議，這樣不現(xiàn)實(shí)。所以，總要有一些代表性的協(xié)議能夠適應(yīng)大部分的模塊的通信。IIC這是這樣一種協(xié)議，一個(gè)IIC總線上，可以掛載多個(gè)外接設(shè)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(diǎn) ）

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(hào)線，用于傳輸數(shù)據(jù)

SCLK:時(shí)鐘信號(hào)線，用于產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，控制時(shí)序，實(shí)現(xiàn)協(xié)議過程

由此可以看出，由于是單總線進(jìn)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(jìn)行具體的通信了。

要通信，總得先發(fā)個(gè)開始信號(hào)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(dāng)SCLK時(shí)鐘信號(hào)一直處于高電平狀態(tài)時(shí)，SDA線由高電平跳變到低電平這個(gè)動(dòng)作，表示起始信號(hào)。注意此時(shí)就算SDA數(shù)據(jù)線的電平跳變完，SCLK線依然是高電平哦。當(dāng)連接在IIC總線上的外設(shè)模塊檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)時(shí)，就知道數(shù)據(jù)要開始傳輸了。對(duì)于結(jié)束信號(hào)同理，協(xié)議規(guī)定，當(dāng)SCLK時(shí)鐘信號(hào)一直處于高電平狀態(tài)時(shí)，SDA線由低電平跳變到高電平這個(gè)動(dòng)作，表示結(jié)束信號(hào)。

在明白如何開始之后，就要開始進(jìn)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(shí)，外設(shè)模塊開始采集SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)，此時(shí)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(dāng)SCLK為低電平時(shí)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(gè)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?cè)诎l(fā)完開始信號(hào)之后，此時(shí)SDA數(shù)據(jù)線的電平狀態(tài)為低電平，SCLK信號(hào)依然是高電平。難道這個(gè)時(shí)候外設(shè)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(hào)到真正的數(shù)據(jù)傳輸之間，會(huì)有一段緩沖時(shí)間，讓我們?nèi)?zhǔn)備數(shù)據(jù)，在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)階段，先將SCLK信號(hào)拉低一段時(shí)間，在這期間將SDA數(shù)據(jù)線拉高一段時(shí)間（即數(shù)據(jù)1），然后再將SCLK信號(hào)拉高，此時(shí)這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的高電平被外設(shè)檢測(cè)到的話，外設(shè)就知道要讀取數(shù)據(jù)了，從而SDA上的數(shù)據(jù)就會(huì)被外設(shè)讀到了。依次類推，傳輸下一位數(shù)據(jù)。

一般，傳輸完1個(gè)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?yàn)閷?duì)存儲(chǔ)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(gè)字節(jié)呢？

這種情況就需要外設(shè)來做出回應(yīng)了，就像打電話一樣，如果對(duì)方不在，或不想聽，說再多也沒用啊。那么外設(shè)如何做出回應(yīng)呢？

協(xié)議規(guī)定，主機(jī)每傳完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)即外設(shè)每收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，外設(shè)就要在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖到來的時(shí)候，將SDA數(shù)據(jù)線拉低進(jìn)行應(yīng)答（ACK）,且必須是穩(wěn)定的低電平，表示已經(jīng)收到了一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，拉高表示不進(jìn)行應(yīng)答（NACK；注意這里是外設(shè)將SDA數(shù)據(jù)線拉低，不是主機(jī)了哦。如下圖所示：

所以在主機(jī)傳完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，就應(yīng)該釋放總線（協(xié)議規(guī)定，當(dāng)SDA和SCLK同時(shí)為高時(shí)，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(yīng)答信號(hào)。這樣，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就從主機(jī)到外設(shè)傳輸完畢了。

既然IIC是雙向通信的，那主機(jī)肯定也是需要從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)的，那這個(gè)讀取的過程又是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？畢竟外設(shè)對(duì)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(gè)IIC總線上，可以掛載多個(gè)設(shè)備，那么stm32如何確定是哪個(gè)外設(shè)正在跟我進(jìn)行通信呢。對(duì)于此，那些生產(chǎn)外設(shè)模塊的廠商們就約定，要是這個(gè)設(shè)備使用IIC協(xié)議進(jìn)行通信，那么就要給這個(gè)設(shè)備指定一個(gè)器件地址，以供芯片訪問。這個(gè)器件地址會(huì)在你購(gòu)買其模塊的時(shí)候在使用手冊(cè)上注明。所以，要跟哪個(gè)模塊通信，就一定要通過查閱其使用手冊(cè)，找到它的器件地址。

所以，在上文所述的最開始的一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，這一個(gè)數(shù)據(jù)往往是器件地址。這樣，對(duì)應(yīng)的外設(shè)才知道，是要跟我進(jìn)行通信。讀取數(shù)據(jù)，也是同理，要想從外設(shè)中讀取到數(shù)據(jù)，主機(jī)要明確三點(diǎn)：從哪個(gè)外設(shè)中的哪個(gè)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(jī)，在開始讀數(shù)據(jù)之前，主機(jī)必須要先給外設(shè)發(fā)器件地址，數(shù)據(jù)所在的地址，外設(shè)才會(huì)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(gè)字節(jié)的傳輸過程，和上面所講的從主機(jī)到外設(shè)的過程差不多，只不過反了一個(gè)反向而已，并且主機(jī)的等待應(yīng)答變成了主動(dòng)應(yīng)答。

/*  設(shè)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(shè)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(hào)  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(hào)  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(jī)寫入數(shù)據(jù)到外設(shè)中  參數(shù)值：         data  要寫入的一個(gè)字節(jié)  返回值：NULL*/
void IIC_writeByte(u8 data){    IIC_setSDAMode_Out();    IIC_SCL_OUT(0);                                 //只有時(shí)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(shè)讀取數(shù)據(jù)       delay_us(5);           IIC_SCL_OUT(0);                 //重新拉低，準(zhǔn)備寫入下一位數(shù)據(jù)       delay_us(5);  }}


/*  主機(jī)從外設(shè)中讀取一個(gè)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(zhǔn)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(jī)等待應(yīng)答  參數(shù)值：NULL  返回值：ack     0  應(yīng)答   1 不應(yīng)答*/

u8 IIC_waitAck(){    u8 ack =0;  IIC_setSDAMode_In();
  IIC_SCL_OUT(0);             //準(zhǔn)備時(shí)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(yīng)答完成  delay_us(5);      return  ack;

}
/*  主機(jī)主動(dòng)應(yīng)答  參數(shù)值：        ack  0 應(yīng)答 1 不應(yīng)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