嵌入式软件开发_IIC总线

嵌入式软件开发_IIC 总线及通信协议详解

1.IIC总线拓扑结构

　　IIC总线的拓扑连接非常简单，由SDA(串行数据线)和SCL（串行时钟线）及上拉电阻组成。IIC总线的通信原理是通过对SCL和SDA的高低电平的时序控制，来产生IIC总线协议所需的启动/停止信号/传递数据；在IIC总线空闲时，这两根线一般被上

拉电阻拉高，维持着高电平。IIC总线通信方式为半双工，由于只有一根SDA线，同一时刻只可进行单向通信。 

2. IIC总线特征

        IIC总线上的每个设备均可作为主设备(时钟源由主设备控制)或从设备，且每个设备均对应一个唯一地址，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把CPU带IIC总线接口的模块作为主设备，把挂接在总线

上的其他设备都作为从设备。

        IIC总线上可挂接的设备数量受总线的最大电容400pF 限制，如果所挂接的是相同型号的器件，则还受器件地址位的限制。 IIC总线数据传输速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。一般通过IIC总线

接口可编程时钟来实现传输速率的调整，同时也跟所接的上拉电阻的阻值有关。IIC总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行数据传输。

3. IIC总线协议

        IIC协议规定，总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。起始和结束信号总是由主设备产生(意味着从设备不可以主动通信？所有的通信都是主设备发起的，主可以发出询问的command，然后

等待从设备的通信)。起始和结束信号产生条件：总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；当SCL为高而SDA由低到高，表示产生一个结束条件。

 

        起始条件：SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；

        停止条件：SCL线是高电平时，SDA线由低电平向高电平切换，这个情况表示停止条件；

        起始条件和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。如果产生重复起始条件而不产生停止条件，总线会一直处于忙的状态，此时的起始条件（S）和重复起始条件（Sr）在功能上

是一样的。

        了解IIC协议的起始条件和停止条件后，再来看看IIC协议数据的传输是如何进行的？ 前面已经提到过，数据传输以字节(8 Bit)为单位。主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低

位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，回传给主设备一个应答位， 此时才认为一个字节真正的被传输完成。当然，并不是所有的字节传输都必须有一个应答位，比如：当从设备不能再接收主设备发送的数据时，从设备将回传一个否定应

答位。数据传输的过程如图所示：

① 主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

 

         主机发送一个起始信号（S）和从机的设备地址给从机，从机应答ACK；

         主机发送一个要写的存储地址给从机，从机应答ACK(写操作EEPROM 要求写存储地址);

         主机发送数据（N个字节）给从机，写每个字节从机均应答ACK；

         主机发送一个停止信号(P)，写数据过程结束。

 

② 主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：

 

        主机发送一个起始信号(S) 和从机的设备地址给从机，从机应答ACK；

        主机发送一个要读取的存储地址给从机，从机应答ACK（读操作EEPROM 要求写存储地址）；

        主机读取从机数据（N个字节），读每个字节从机均应答ACK；

        主机发送一个停止信号（P）， 读数据过程结束。

 

③ 主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

       第三种操作在单个主设备系统中，重复的开启起始条件机制要比用STOP终止传输后又再次开启总线更有效率。

4. IIC 总线时钟特性

        进行数据传送时，在 SCL 呈现高电平期间，SDA 上的电平必须保持稳定，低电平为数据 0，高电平为数据 1， SDA上的额数据表示传输的数据位，只有在 SCL 为低电平期间，才允许 SDA 上的电平改变状态。

 

       其中MSB（most significant bit)，最高有效位；LSB（lowest significant bit)最低有效位。

       应答信号和非应答信号

        IIC总线上的所有数据都是以 8 位字节传送的，发送器(主机)每发送一个字节，就在第9个时钟脉冲期间释放数据线，由接收器(从机)反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位(ACK简称应答位)，表示接收器已经成功地接收

了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收器接收该字节没有成功。对于反馈有效应答位 ACK 的要求是，接收器在第 9 个时钟脉冲之前的低电平期间将 SDA 线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电

平。第9位为从机反馈的应答信号，若为高电平则没有接受成功。

        读写时序时的总线状态

       主机通过IIC总线往从机中写数据的时候，① 主机首先会发送一个起始信号，接着把IIC从机的7位设备地址后面添一个0(设备地址后面的0表示主机向从机写数据，1表示主机从从机中读数据)组成一个8位的数据，把这个8位的数据发给从机；② 发

完这8位的数据以后主机马上释放SDA信号线等待从机的应答，如果从机正确收到这个数据，从机就会发送一个有效应答位0给主机告诉主机自己已经收到了数据；③ 主机收到从机的有效应答位以后 ，接下来主机会发送想要写入的寄存器地址，寄存

器发送完毕以后主机同样会释放SDA信号线等待从机的应答，从机如果正确收到了主机发过来的寄存器地址，从机会再次发送一个有效应答位给主机；④ 主机收到从机的有效应答位0以后，接下来主机就会给从机发送想要写入从机的数据，从机正确

收到这个数据以后仍然像之前两次一样会给主机发送一个有效应答位，主机收到这个有效应答位以后给从机发送一个停止信号，整个传输过程就结束了。

        开启总线——》从机地址（7位+1//读写信号）——》从机中寄存器地址（8位）——》想要写入的数据（8位）——》释放总线

 

转自：https://blog.csdn.net/w89436838/article/details/38660631