概述

IIC（Inter-Integrated Circuit）其實是IICBus簡稱，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)或手機用以連接低速周邊設(shè)備而發(fā)展。I2C的正確讀法為“I平方C”（"I-squared-C"），而“I二C”（"I-two-C"）則是另一種錯誤但被廣泛使用的讀法。自2006年10月1日起，使用I2C協(xié)議已經(jīng)不需要支付專利費，但制造商仍然需要付費以獲取I2C從屬設(shè)備地址。

接口

I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。

• SCL - 串行時鐘線
• SDA - 串行數(shù)據(jù)線
• 

為了避免總線信號的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時必須是漏極開路（OD）輸出或集電極開路（OC）輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機，一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時候發(fā)送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的SCL信號發(fā)出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號以延長總線時鐘信號周期?？偩€空閑時，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻Rp使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號線變低，也就是說：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系。 因此SDA和SCL 可以被拉低為低電平，但是不能被驅(qū)動為高電平，所以每條線上都要使用一個上拉電阻，默認(rèn)情況下將其保持在高電平。 IIC 總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá) 100kbit/s 在快速模式下可達(dá) 400kbit/s 在高速模式下可達(dá) 3.4Mbit/s。

通信協(xié)議

SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在 SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變。

空閑狀態(tài)

SDA為高電平，SCL為高電平。

起始狀態(tài)

其中一種情況是在 SCL 線是高電平時 SDA 線從高電平向低電平切換，產(chǎn)生一個 下降沿 ，這個情況表示起始條件。

結(jié)束狀態(tài)

當(dāng) SCL 是高電平時 SDA 線由低電平向高電平切換，產(chǎn)生一個 上升沿 ，這個情況表示停止條件。

傳輸數(shù)據(jù)

器件地址位

由于IIC總線上可能掛載著多臺設(shè)備，所以主設(shè)備在傳輸有效數(shù)據(jù)之前要先指定從設(shè)備的地址， 大多數(shù)從設(shè)備的地址是7位的，還有部分設(shè)備支持10位尋址 ，主設(shè)備如果需要向從機發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，首先要發(fā)送對應(yīng)從機的地址，然后會匹配總線上掛載的從機的地址。將數(shù)據(jù)發(fā)送至SDA數(shù)據(jù)線上即可。

讀寫位

緊接著的第 8 位是數(shù)據(jù)方向位(R/ W) ----'0'表示發(fā)送（寫），'1'表示請求數(shù)據(jù)（讀）。

應(yīng)答信號位

主設(shè)備每發(fā)送完8bit數(shù)據(jù)后等待從設(shè)備的ACK。 即在第9個clock，若從設(shè)備發(fā)ACK，SDA會被拉低。 若沒有ACK，SDA會被置高，這會引起主設(shè)備發(fā)生RESTART或STOP流程，當(dāng)ACK=0時為有效應(yīng)答位，說明從機已經(jīng)成功接收到該字節(jié)，若為1則說明接受不成功。

數(shù)據(jù)地址位

當(dāng)找到往哪個設(shè)備寫數(shù)據(jù)之后，就開始尋址往這個設(shè)備的特定地址寫數(shù)據(jù)，和上述的發(fā)送器件地址一樣，直接將地址數(shù)據(jù)發(fā)送至SDA線即可。

數(shù)據(jù)位

發(fā)送到 SDA 線上的每個字節(jié)必須為8位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，每個字節(jié)后必須跟一個響應(yīng)位，首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最高位 (MSB) 。

示例

設(shè)置器件地址為0x78(0111 1000)，數(shù)據(jù)地址為0x40(0100 0000)，寫入數(shù)據(jù)0xAA(1010 1010)。

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1 ,0x78,0x40,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,data_i,1,0x100);

查看HAL_I2C_Mem_Write說明可以得知，目標(biāo)設(shè)備地址在調(diào)用接口之前，數(shù)據(jù)表中設(shè)備的7位地址值必須左移；即發(fā)送到從設(shè)備的數(shù)據(jù)已經(jīng)右移了一位，所以0x78(0111 1000)右移一位變成0x3c(011 1100)。

/**
 * @brief  Write an amount of data in blocking mode to a specific memory address
 * @param  hi2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
 *                the configuration information for the specified I2C.
 * @param  DevAddress Target device address: The device 7 bits address value
 *         in datasheet must be shifted to the left before calling the interface
 * @param  MemAddress Internal memory address
 * @param  MemAddSize Size of internal memory address
 * @param  pData Pointer to data buffer
 * @param  Size Amount of data to be sent
 * @param  Timeout Timeout duration
 * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress,
                                    uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

通過示波器抓取的波形如下所示。

• 在空閑狀態(tài)，SDA和SCL都是處于高電平狀態(tài)。

• 在起始狀態(tài)，SDA先產(chǎn)生一個下降沿，之后SCL也出現(xiàn)一個下降沿，此時數(shù)據(jù)傳輸開始。

• 在傳輸狀態(tài)，由于傳輸速率為100kbit/s，故SCL時鐘的切換時間為5us，一個周期為10us；當(dāng)SCL為1的時候，SDA不會發(fā)生改變，故檢測SDA信號線的數(shù)據(jù)，當(dāng)為低電平則為0，高電平則為1.

• 在讀寫狀態(tài)，當(dāng)SDA數(shù)據(jù)為0的時候，為寫狀態(tài)。

• 在應(yīng)答狀態(tài)，當(dāng)SDA數(shù)據(jù)為0的時候，為應(yīng)答狀態(tài)。 上述為成功傳輸?shù)睦?，若不成功傳輸，設(shè)置器件地址為0x77(0111 0111)，數(shù)據(jù)地址為0x40(0100 0000)，寫入數(shù)據(jù)0xAA(1010 1010)。

  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1 ,0x77,0x40,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,data_i,1,0x100);
  

  由于地址位0x77(0111 0111)右移一位，故發(fā)送出去的為0x3B(011 1011),通過示波器抓取的波形如下所示。

  • 在應(yīng)答狀態(tài)，由于沒有連接0x77地址（實際發(fā)送為0x3B）的設(shè)備，當(dāng)SDA數(shù)據(jù)為1的時候，為非應(yīng)答狀態(tài)，之后進入復(fù)位或者停止。

審核編輯：湯梓紅