STM32学习笔记：IIC通信协议详解（附带软件模拟源码）

介绍

IIC 即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线），这种总线类型是由飞利浦半导体公司设计出来的一种简单、双向、二线制、同步串行总线。它是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源。这种方式简化了信号传输总线接口。

那么也就是说，只要收发双方同时接入SDA（双向数据线）、SCL（同步时钟线）便可以进行通信。

I2C总线的工作速度分为 3 种模式(实际上，IIC的通信速率由SCL决定)：

S（标准模式），测量与控制场合，100kbit/s；

F（快速模式），速率为 400kb/s；（默认，目前普遍支持的最大速率）

Hs（高速模式），速率为 3.4Mb/s（支持这种标准的器件很少）。

IIC接线框图

一般情况下，SCL与SDA默认由上拉电阻拉高。这也是为了方便通信协议。

多机连接时，为了区分不同的从机，我们会使用自定义的地址码进行区分。

IIC的通信状态

IIC的通信要注意以下6个知识点:

1.空闲状态

2.开始信号

3.停止信号

4.应答信号

5.数据的有效性

6.数据传输

空闲状态

在IIC中规定，当SDA、SCL同时为高电平时，视为空闲状态。

注意，这个规定是通信设备通信前的判断条件。

开始信号 & 停止信号

在IIC中规定，当SCL为高电平，且SDA从高到低的跳变时，视为数据开始传输；

在IIC中规定，当SCL为高电平，且SDA从低到高的跳变时，视为数据停止传输；

数据有效性 & 数据传送 & 应答信号(ACK)

数据有效性：

在传输数据时，应保证数据在SCL的上升沿到来之前准备好，并在下降沿到来之前必须稳定。

（由于在电路中，电平的跳变往往伴随着毛刺。）

数据传送：

在I2C总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。

在一般情况下，传输数据时，从数据的最高有效位开始发送。

应答信号：

在IIC中规定，发送方每发送1个字节（8位）后需要接收接收方发送的应答信号。

ACK为0时，视为有效应答；ACK为1时，视为无效响应。

总结：谁发了数据，谁就要接收一个应答信号。

STM32 模拟IIC完整代码

/*
https://blog.csdn.net/return_oops/article/details/80965437
*/
//使用IIC1 挂载M24C02,OLED,LM75AD,HT1382    PB6,PB7

#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

//IO操作函数     
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA     
#define READ_SDA   PBin(7)  //输入SDA 

//IIC所有操作函数
void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口                 
void IIC_Start(void);                //发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void);                  //发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd);            //IIC发送一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void);                 //IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void);                    //IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void);                //IIC不发送ACK信号

void I2C_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr);
uint16_t I2C_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead);//寄存器地址，器件地址，要读的字节数          


void IIC_Init(void)
{                         
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(    RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );    

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    IIC_SCL=1;
    IIC_SDA=1;

}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();     //sda线输出
    IIC_SDA=1;            
    IIC_SCL=1;
    delay_us(4);
    IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
    delay_us(4);
    IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}      
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();//sda线输出
    IIC_SCL=0;
    IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
    delay_us(4);
    IIC_SCL=1; 
    IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
    delay_us(4);                                   
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
    u8 ucErrTime=0;
    SDA_IN();      //SDA设置为输入  
    IIC_SDA=1;delay_us(1);       
    IIC_SCL=1;delay_us(1);     
    while(READ_SDA)
    {
        ucErrTime++;
        if(ucErrTime>250)
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
    }
    IIC_SCL=0;//时钟输出0        
    return 0;  
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答            
void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=0;
}                                          
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答              
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
    SDA_OUT();         
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1;       
        delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
        IIC_SCL=1;
        delay_us(2); 
        IIC_SCL=0;    
        delay_us(2);
    }     
}         
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
    {
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
        IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
        delay_us(1); 
    }                     
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

void I2C_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr)
{
    IIC_Start();  

    if(device_addr==0xA0) //eeprom地址大于1字节
        IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));//发送高地址
    else
        IIC_Send_Byte(device_addr);        //发器件地址
    IIC_Wait_Ack(); 
    IIC_Send_Byte(addr&0xFF);   //发送低地址
    IIC_Wait_Ack(); 
    IIC_Send_Byte(data);     //发送字节                               
    IIC_Wait_Ack();                     
    IIC_Stop();//产生一个停止条件 
    if(device_addr==0xA0) //
        delay_ms(10);
    else
        delay_us(2);
}

uint16_t I2C_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead)  //读寄存器或读数据
{    
    uint16_t data;
    IIC_Start();  
    if(device_addr==0xA0)
        IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));
    else
        IIC_Send_Byte(device_addr);    
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(addr&0xFF);   //发送低地址
    IIC_Wait_Ack(); 

    IIC_Start();      
    IIC_Send_Byte(device_addr+1);        //发器件地址
    IIC_Wait_Ack();
    if(ByteNumToRead == 1)//LM75温度数据为11bit
    {
        data=IIC_Read_Byte(0);
    }
    else
    {
        data=IIC_Read_Byte(1);
        data=(data<<8)+IIC_Read_Byte(0);
    }
    IIC_Stop();//产生一个停止条件        
    return data;
}