I2C(IIC)屬于兩線式串行總線,由飛利浦公司開發(fā)用于微控制器(MCU)和外圍設(shè)備(從設(shè)備)進行通信的一種總線,屬于一主多從(一個主設(shè)備(Master),多個從設(shè)備(Slave))的總線結(jié)構(gòu),總線上的每個設(shè)備都有一個特定的設(shè)備地址,以區(qū)分同一I2C總線上的其他設(shè)備。
物理I2C接口有兩根雙向線,串行時鐘線(SCL)和串行數(shù)據(jù)線(SDA)組成,可用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù),但是通信都是由主設(shè)備發(fā)起,從設(shè)備被動響應(yīng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
I2C主設(shè)備與從設(shè)備的一般通信過程
一. 主設(shè)備給從設(shè)備發(fā)送/寫入數(shù)據(jù):
1.主設(shè)備發(fā)送起始(START)信號
2. 主設(shè)備發(fā)送設(shè)備地址到從設(shè)備
3. 等待從設(shè)備響應(yīng)(ACK)
4. 主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到從設(shè)備,一般發(fā)送的每個字節(jié)數(shù)據(jù)后會跟著等待接收來自從設(shè)備的響應(yīng)(ACK)
5.數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,主設(shè)備發(fā)送停止(STOP)信號終止傳輸
二. 主設(shè)備從從設(shè)備接收/讀取數(shù)據(jù)
1.設(shè)備發(fā)送起始(START)信號
2. 主設(shè)備發(fā)送設(shè)備地址到從設(shè)備
3. 等待從設(shè)備響應(yīng)(ACK)
4.主設(shè)備接收來自從設(shè)備的數(shù)據(jù),一般接收的每個字節(jié)數(shù)據(jù)后會跟著向從設(shè)備發(fā)送一個響應(yīng)(ACK)
5.一般接收到最后一個數(shù)據(jù)后會發(fā)送一個無效響應(yīng)(NACK),然后主設(shè)備發(fā)送停止(STOP)信號終止傳輸
注:具體通信過程需視具體時序圖而定
I2C通信的實現(xiàn)
一.使用I2C控制器實現(xiàn)
二.使用GPIO通過軟件模擬實現(xiàn)就是使用芯片上的I2C外設(shè),也就是硬件I2C,它有相應(yīng)的I2C驅(qū)動電路,有專用的IIC引腳,效率更高,寫代碼會相對簡單,只要調(diào)用I2C的控制函數(shù)即可,不需要用代碼去控制SCL、SDA的各種高低電平變化來實現(xiàn)I2C協(xié)議,只需要將I2C協(xié)議中的可變部分(如:從設(shè)備地址、傳輸數(shù)據(jù)等等)通過函數(shù)傳參給控制器,控制器自動按照I2C協(xié)議實現(xiàn)傳輸,但是如果出現(xiàn)問題,就只能通過示波器看波形找問題。
軟件模擬I2C比較重要,因為軟件模擬的整個流程比較清晰,哪里出來bug,很快能找到問題,模擬一遍會對I2C通信協(xié)議更加熟悉。
如果芯片上沒有IIC控制器,或者控制接口不夠用了,通過使用任意IO口去模擬實現(xiàn)IIC通信協(xié)議,手動寫代碼去控制IO口的電平變化,模擬IIC協(xié)議的時序,實現(xiàn)IIC的信號和數(shù)據(jù)傳輸,下面會講到根據(jù)通信協(xié)議如何用軟件去模擬。
I2C通信協(xié)議
IIC總線協(xié)議無非就是幾樣?xùn)|西:起始信號、停止信號、應(yīng)答信號、以及數(shù)據(jù)有效性。
一. 空閑狀態(tài)
時鐘線(SCL)和數(shù)據(jù)線(SDA)接上拉電阻,默認高電平,表示總線是空閑狀態(tài)。
二. 從設(shè)備地址
從設(shè)備地址用來區(qū)分總線上不同的從設(shè)備,一般發(fā)送從設(shè)備地址的時候會在最低位加上讀/寫信號,比如設(shè)備地址為0x50,0表示讀,1表示寫,則讀數(shù)據(jù)就會發(fā)送0x50,寫數(shù)據(jù)就會發(fā)送0x51。
三. 起始(START)信號
I2C通信的起始信號由主設(shè)備發(fā)起,SCL保持高電平,SDA由高電平跳變到低電平。
//起始信號
voidIIC_start(void)
{
//1.首先把數(shù)據(jù)線設(shè)置為輸出模式
//總線空閑,SCL和SDA輸出高
SCL=1;
SDA=1;
delay_us(5);
//SDA由高變低
SDA=0;
delay_us(5);
//拉低SCL開始傳輸數(shù)據(jù)
SCL=0;
}
四. 停止(STOP)信號
I2C通信的停止信號由主設(shè)備終止,SCL保持高電平,SDA由低電平跳變到高電平。
//停止信號
voidIIC_stop(void)
{
//1.首先把數(shù)據(jù)線設(shè)置為輸出模式
//拉高時鐘線
SDA=0;
delay_us(5);
SCL=1;
delay_us(5);
//SDA由低變高
SDA=1;
}
五. 數(shù)據(jù)有效性
I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時,在SCL的每個時鐘脈沖期間傳輸一個數(shù)據(jù)位,時鐘信號SCL為高電平期間,數(shù)據(jù)線SDA上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定,只有在時鐘線SCL上的信號為低電平期間,數(shù)據(jù)線SDA上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化,因為當SCL是高電平時,數(shù)據(jù)線SDA的變化被規(guī)定為控制命令(START或STOP,也就是前面的起始信號和停止信號)。
六. 應(yīng)答信號(ACK:有效應(yīng)答,NACK:無效應(yīng)答)
接收端收到有效數(shù)據(jù)后向?qū)Ψ巾憫?yīng)的信號,發(fā)送端每發(fā)送一個字節(jié)(8位)數(shù)據(jù),在第9個時鐘周期釋放數(shù)據(jù)線去接收對方的應(yīng)答。
當SDA是低電平為有效應(yīng)答(ACK),表示對方接收成功;
當SDA是高電平為無效應(yīng)答(NACK),表示對方沒有接收成功。
發(fā)送數(shù)據(jù)需要等待接收方的應(yīng)答:
//等待ACK1-無效0-有效
u8IIC_wait_ack(void)
{
u8ack=0;
//數(shù)據(jù)線設(shè)置為輸入
//拉高時鐘線
SCL=1;
delay_us(5);
//獲取數(shù)據(jù)線的電平
if(SDA)
{//無效應(yīng)答
ack=1;
IIC_stop();
}
else
{//有效應(yīng)答
ack=0;
//拉低SCL開始傳輸數(shù)據(jù)
SCL=0;
delay_us(5);
}
returnack;
}
接收數(shù)據(jù)需要向發(fā)送方發(fā)送應(yīng)答:
voidIIC_ack(u8ack)
{
//數(shù)據(jù)線設(shè)置為輸出
SCL=0;
delay_us(5);
if(ack)
SDA=1;//無效應(yīng)答
else
SDA=0;//有效應(yīng)答
delay_us(5);
SCL=1;
//保持數(shù)據(jù)穩(wěn)定
delay_us(5);
//拉低SCL開始傳輸數(shù)據(jù)
SCL=0;
}
審核編輯 :李倩
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