IIC協議解釋

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IIC協議解釋

 推薦資源： http://m.elecfans.com/article/574049.html       and       51921129  （動態圖講解）

（1）概述

I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 整合電路匯流排，該匯流排由NXP（原PHILIPS）公司設計，多用於主控制器和從器件間的主從通訊，在小資料量場合使用，傳輸距離短，任意時刻只能有一個主機等特性。

經常ＩＩＣ和ＳＰＩ介面被認為指定是一種硬體裝置，但其實這樣的說法是不盡準確的，嚴格的說他們都是人們所定義的軟硬結合體，分為物理層（四線結構）和協議層（主機，從機，時鐘極性，時鐘相位）。

ＩＩＣ，ＳＰＩ的區別不僅在與物理層，ＩＩＣ比ＳＰＩ有著一套更為複雜的協議層定義。下面來分別說明一下ＩＩＣ的物理層和協議層。

 

（２）ＩＩＣ的物理層

a．只要求兩條匯流排線路，一條是串列資料線ＳＤＡ，一條是串列時鐘線ＳＣＬ。（IIC是半雙工，而不是全雙工系統）。

b.每個串連到匯流排的器件都可以通過唯一的地址和其它器件通訊，主機/從機角色和地址可配置，主機可以作為主機發送器和主機接收器。

c.IIC是真正的多主機匯流排，（而這個SPI在每次通訊前都需要把主機定死，而IIC可以在通訊過程中，改變主機），如果兩個或更多的主機同時請求匯流排，可以通過衝突檢測和仲裁防止匯流排資料被破壞。

d.傳輸速率在標準模式下可以達到100kb/s,快速模式下可以達到400kb/s。

e.串連到匯流排的IC數量只是受到匯流排的最大負載電容400pf限制。

一個典型的IIC介面如（1）所示

                                                                   圖（1）

 

（3）IIC的協議層

IIC的協議層才是掌握IIC的關鍵。現在簡單概括如下：

a.資料的有效性

在時鐘的高電平周期內，SDA線上的資料必須保持穩定，資料線僅可以在時鐘SCL為低電平時改變。除非作為起始/結束條件。

（2）所示：

                                                                  圖（2）

b.起始和結束條件

起始條件：當SCL為高電平的時候，SDA線上由高到低的跳變被定義為起始條件，結束條件：當SCL為高電平的時候，SDA線上由低到高的跳變被定義為停止條件，要注意起始和終止訊號都是由主機發出的，串連到I2C匯流排上的器件，若具有I2C匯流排的硬體介面，則很容易檢測到起始和終止訊號。匯流排在起始條件之後，視為忙狀態，在停止條件之後被視為空白閑狀態，對起始條件和結束條件的描述如（3）所示。

                                                                圖（3）

c.應答

每當主機向從機發送完一個位元組的資料，主機總是需要等待從機給出一個應答訊號，以確認從機是否成功接收到了資料，從機應答主機所需要的時鐘仍是主機提供的，應答出現在每一次主機完成8個資料位元傳輸後緊跟著的刻度，低電平0表示應答，1表示非應答，（4）所示。

                                                               圖（4）

d.資料框架格式

I2C匯流排上傳送的資料訊號是廣義的，既包括地址訊號，又包括真正的資料訊號。 在起始訊號後必須傳送一個從機的地址（7位），第8位是資料的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機發送資料（T），“1”表示主機接收資料（R）。{這裡小編在驅動MPU6050模組的時候，就犯過這樣的錯誤，它寫的MPU6050從機地址是0x68,因為發送從機地址的時候，要加一位讀寫方向位，因為剛開始應該是向這個MPU6050裡寫從機裡某個寄存器的地址，所以應該是7位地址   0x68(1101000)+二進位位0=11010000）也就是0xD0,表示要向該IIC裝置裡寫東西，然後再緊接著寫入IIC裝置裡的寄存器地址，而我直接寫入了0x68,導致出錯}， 每次資料傳送總是由主機產生的終止訊號來結束。但是，若主機希望繼續佔用匯流排進行新的資料傳送，則可以不產生終止訊號，馬上再次發出起始訊號對另一從機進行定址。在匯流排的一次資料轉送過程中，可以有以下幾種組合方式：  [1] 主機向從機發送資料，資料傳送方向在整個傳送過程中不變：（寫入模式） 註：有陰影部分表示資料由主機向從機傳送，無陰影部分則表示 資料由從機向主機傳送。     A 表示應答(低電平)，  A 非表示非應答（高電平）。 S 表示起始訊號， P 表示終止訊號。  [2]主機在第一個位元組後，立即從從機讀資料:（讀模式）
  [3]在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始訊號和從機地址都被重複產生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相：（讀寫切換模式）
 注釋： 讀模式的結束時，不需要進應答。  一般情況下，[3]是比較常見的，比如MPU6050模組：發送起始訊號等待從機應答（？需要麼，查看下MPU6050 manual）寫一個從機地址+0(表示寫)，等待從機應答發送一個位元組的MPU6050加速度儲存寄存器地址，等待從機應答再發送一次起始訊號等待從機應答寫一個從機地址+1（表示讀）等待從機應答讀取MPU6050感應器資料主機非應答   e.IIC訊號的類比主機可以採用不帶I2C匯流排介面的單片機，如80C51、AT89C2051等單片機，利用軟體實現I2C匯流排的資料傳送，即軟體與硬體結合的訊號類比。即使是含有IIC硬體的單片機（如stm32 103系列）也有一定的缺陷，所以一般也會類比IIC的時序。現將具體時間如下：
 

IIC時鐘頻率：不高於400K

應答：當IIC主機（不一定是發送端還是接受端）將8位元據或命令傳出後，會將SDA訊號設定為輸入，等待從機應答（等待SDA由高電平拉為低電平）

　　　若從機正確應答，表明資料或者命令傳輸成功，否則傳輸失敗，注意，應答訊號是資料接收方發送給資料發送方的。

IIC器件地址：每一個IIC器件都有一個器件地址，有的器件地址在出廠時地址就設定好了，使用者不可以更改,比如OV7670的

　　　　　　地址為0x42。有的器件例如EEPROM，前四個地址已經確定為1010，後三個地址是由硬體連結確定的，所以一

　　　　　　個IIC匯流排最多能連8個EEPROM晶片。

　　　　圖上開始訊號之後，七位地址代表器件地址，第八位代表讀或者寫（0為寫，1代表讀），然後跟著響應位。

　IIC器件單位元組寫時序：

IIC器件多位元組地址寫時序：多位元組地址比單位元組地址在時序上就多了一塊寫地址

 

單位元組器件讀時序：注意最後產生無應答訊號，另外多位元組地址讀時序跟單位元組類似，只不過是多了幾個地址位元組而已。

 三大串列匯流排：uart、spi、iic

同步：spi　　　　非同步 ：iic，uart

同步和非同步區別：採集資料是否用的是時鐘的沿，如果是時鐘沿采資料，同步傳輸，如果電平採集資料是非同步

串口接受資料其實就是一個串轉並的過程

   具體的程式碼如下：

//產生起始訊號void I2C_Start(void){    I2C_SDA_OUT();//配置一下引腳,引腳設定為輸出     I2C_SDA_H;//把資料線拉高    I2C_SCL_H;//把時鐘線拉高    delay_us(5);//延時5微秒,要求大於4.7微秒    I2C_SDA_L;  //拉低，產生下降沿    delay_us(6);//這個過程大於4微秒    I2C_SCL_L;//最後一定要把這個時鐘線拉低，因為只有時鐘線拉低的時候才允許資料        變化。}//產生停止訊號void I2C_Stop(void){   I2C_SDA_OUT();    I2C_SCL_L;   I2C_SDA_L;   I2C_SCL_H;   delay_us(6);   I2C_SDA_H;   delay_us(6);}//主機產生應答訊號ACKvoid I2C_Ack(void){   I2C_SCL_L;   I2C_SDA_OUT();   I2C_SDA_L;   delay_us(2);   I2C_SCL_H;   delay_us(5);   I2C_SCL_L;}  //主機不產生應答訊號NACKvoid I2C_NAck(void){   I2C_SCL_L;   I2C_SDA_OUT();   I2C_SDA_H;   delay_us(2);   I2C_SCL_H;   delay_us(5);   I2C_SCL_L;}//等待從機應答訊號，我們只負責主機應答訊號的產生，從機應答訊號//我們不控制。//傳回值：1 接收應答失敗//  0 接收應答成功u8 I2C_Wait_Ack(void){    u8 tempTime=0;     I2C_SDA_IN(); //配置為上拉輸入。    I2C_SDA_H;  //主機釋放資料匯流排，等待從機產生應答訊號    delay_us(1);    I2C_SCL_H;    delay_us(1);    //等待從機對資料匯流排的操作。低電平代表應答    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2C_SDA))    {        tempTime++;        //這個屬於軟體延時，不一定準確。        if(tempTime>250) //如果時間逾時，沒有應答就停止。    {        I2C_Stop();        return 1;  //沒有響應的話返回1.    } }    I2C_SCL_L;    return 0; //如果有響應的話就返回0.}    

針對於不同的IIC裝置，IIC協議可能會有一定的區別，有的地址需要左移一位，把最低位騰出來做讀寫位。  參考： https://www.cnblogs.com/zhangjiansheng/p/7738390.htmlhttps://www.cnblogs.com/bixiaopengblog/p/7469536.html      

IIC協議解釋（轉）