STM32的I2C通信原理以及软件I2C模拟
今天总算把I2C大致理清楚了。
先大致讲一下I2C:类比串口通信，I2C也只有一条数据线，也就是SDA，串口的通信协议是默认高电平，遇到拉低电平的情况，等半个位的时间，检测是否低电平，若是，通信开始；
I2C的也有点类似，但是它需要另一跟线配合，也就是SCL时钟线；SDA和SCL这两条线从物理结构上就可以知道，默认是高电平的，所以I2C的启动信号是这样的：当SCL位高电平时，SDA
若是被拉低一段时间，那么I2C通信开始。
I2C的协议有这样的规则：先说大规则，数据也就是SDA必须在SCL为高电平的时候保持不变，在SCL为低电平的时候随意变动。
在这个前提下，I2C的协议开始了：首先是4种时序：
1.启动时序，当SCL为高电平的时候，SDA由高变低，并保持一段时间，视为启动信号（夸张地说你想保持多久都可以）
2.数据时序，这个没啥特殊时序，简单概括就是SCL低电平的时候数据可以变动，SCL高电平的时候数据保持不变，从机采样时间是在SCL信号有低变高的上升沿。
（所以说，我的时钟可以是变动的，可以每一个周期都不一样，虽然这样只会给自己增加开发难度，但是这确实是协议的规则范围之内的事情，发送数据讲究的是什么，
当然是接收方能收到数据，既然接收方也就是从机的判断方式这么简单：SCL上升沿进行数据采样，那么时钟周期真的就身段很柔软了，想怎么变就怎么变，这也是同步时钟的优势吧）。
3.应答时序，这个ACK（应答时序）必须是紧挨着数据的，数据一发完，主机一释放完SDA(这个释放的时机有坑，我已经踩了，后续会说明)，从机会在SCL为低电平的时候拉低SDA（
若是应答的话），若是从机不应答，那么它不会碰SDA线，也就是说SDA线主机从机都不碰，会是高，当第九个时钟周期高电平期间，SDA=1，则是NACK。主机收到信号后需要发出STOP
4.结束时序，也就是STOP，当SCL为高电平时，SDA由低变高，并持续一段时间，跟启动时序基本上相反。
这些时序除了应答，都是主机掌控的。
然后I2C的连续写入是这样的（向设备发送控制码和数据）
START--ADDR--ACK--DATA（芯片内部某个寄存器地址）--ACK--DATA--ACK--DATA-------NACK--STOP
I2C的先读后写是这样的（读取设备的数据）
START--ADDR写--ACK--DATA(芯片内部你所需数据的地址)--ACK--START--ADDR读--ACK--从机发送DATA--主机ACK--从机发送DATA--主机ACK------主机NACK--STOP
STM32软件模拟I2C主机的硬件结构是这样的：主机的I2C引脚是开漏输出，只能拉低，需要外加上拉电阻拉高电平，这样的结构可以防止烧坏单片机引脚。具体来讲就是如果单片机选择
推挽输出，那么当想要控制其中一条线的电平为高或者低时，必然有一个MOS管道通，要么导通3.3V，要么导通GND，要是导通了3.3V，这个时候外部从机某一个将电平拉低，
那么直接就是3.3->0V的路径，大电流烧坏单片机内部接着3.3V的Mos管（下面那个应该是烧不着的，毕竟外部有上拉电阻）。
然后说说从机的I2C的大致硬件结构
1.SDA和SCL
2.检测启动信号/停止信号的寄存器
3.移位寄存器
4.ack相关逻辑
所以整个I2C通信流程就是，主机发送开始信号，从机一直在监听这个，从机收到起始信号，打开移位寄存器，接收完地址信息，对比是否是自己的，如果不是就关闭移位寄存器（节能），
如果是，就处理相关指令并发送应答信号，应答信号只会持续一个时钟周期，直到下一次的SCL下降沿，然后移位寄存器持续接收（有的从机处理相关指令需要其自身的cpu参与，
有的则只需要硬件电路，比如OLED就只有一堆硬件电路，没有CPU）。
再简单聊聊我用软件模拟的事：做I2C模拟必须要有逻辑分析仪，当然有示波器更好。然后就是第一步，确定延时，I2C的时钟没有像串口那么严格，很多设备支持400khz以下，也就是说
只要满足这个条件，时钟信号的快慢就随便你自己了，毕竟I2C协议一共也就只有那么4条。确定延时的时候首先排除系统自带是systick时钟，因为它会产生中断，虽然可以精确计时，但是
对于us级的计时，用它的话系统得卡成什么样子，还不如最简单的while循环。说到while循环的时候，我又担心被中断打断循环，结果发现，一般中断好像还不好打断while循环，因为它实在
是太快了，总之AI跟我说加个中断总开关，就能安心延时不怕打扰了。准备工作就绪，那么接下来就是先写这4个时序，启动，停止，应答，一个字节数据，还算比较顺利，然后就是上电看波形，
也可以说是看时序逻辑。我先前说的踩了一个坑就是当我把数据和应答连在一起使用的时候，由于考虑不当，在最后一个数据发送完之后，SCL还是高电平的期间，我直接将SDA释放去检测应答
信号了，结果就导致通讯失败，因为SCL高电平的时候SDA必须保持不变。解决这个之后我就尝试给OLED发了一个地址，收到了回应！成功的第一步，接下来就是改写OLED的驱动函数了，总体比较顺利，
还是花了大半天写代码，前期理解通讯协议，硬件结构还花费了一天左右，真是不容易啊。好在终于学得比较清楚了，I2C拿下！额，还有硬件I2C，明天在看看吧。
Note：搞懂下面的，写起模拟I2C有底气啊。
从机回应NACK之后会自动关闭移位寄存器。
主机发送数据是从数据位7开始到0结束。
从机是在SCL上升沿读取SDA信号。
从机读取信号不看时钟周期，只关注SCL上升沿。
停止信号不需要跟着时钟周期走，只看两个电平的对应关系。
I2C通讯是只有在需要的时候才开那么以下（知道这个我好像突然就悟了该怎么编写软件I2C了）
开始信号不是一个脉冲信号（SCL）
开始信号必须SCL和SDA先保持一段时间高电平（4US以上），才能进行拉低处理（留给从机准备的时间）
主机写入从机的时候顺序地址+寄存器地址+数据
为什么从机要写寄存器地址，因为从机的寄存器有很多，只知道从机地址不够，得有门牌号
当主机连续读取从机的数据是，从机的指针会自动+1，因为数据的存放是排排放的。
先写后读的逻辑比较烦，
从机应答信号不需要CPU参与，硬件功能
移位寄存器8个位
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