如何更加深入理解I2C总线、协议及应用

Ⅰ

开始和停止条件

SCL时钟电平为高：

SDA数据线由高 -> 低 为总线开始条件；

SDA数据线由低 -> 高 为总线结束条件；

（注意：开始之后将SCL变为低电平，防止误操作SDA使其通信停止，见源代码）

时序图：

源代码程序：

/************************************************

函数名称 ： I2C_Start

功    能 ： I2C开始

参    数 ： 无

返 回 值 ： 无

作    者 ： strongerHuang

*************************************************/

voidI2C_Start(void)

{

I2C_SCL_HIGH;    //SCL高

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH;    //SDA高 -> 低

I2C_Delay();

I2C_SDA_LOW;     //SDA低

I2C_Delay();

I2C_SCL_LOW;     //SCL低(待写地址/数据)

I2C_Delay();

}

/************************************************

函数名称 ： I2C_Stop

功    能 ： I2C停止

参    数 ： 无

返 回 值 ： 无

作    者 ： strongerHuang

*************************************************/

void I2C_Stop(void)

{

I2C_SDA_LOW;     //SDA低 -> 高

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH;    //SCL高

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH;    //SDA高

I2C_Delay();

}

Ⅱ

数据位传输

SCL时钟电平为低， 可以改换SDA数据线的电平，在SCL上升沿的过程将SDA数据发送出去。

（切记：请先将SCL变为低电平，再改变SDA电平状态。 主要用于I2C读写Byte函数，这两个函数网上很多人写的不规范，引用需注意，在下面我会举例说明）

时序图：

发送一位“高”数据流程:

SCL_LOW时钟低 ->  SDA_HIGH数据 ->  SCL_HIGH时钟高

Ⅲ

应答位信息

I2C是以字节（8位）的方式进行传输，总线上每传输完1字节之后会有一个应答信号，主器件(主机)需要产生对应的一个额外时钟。

应答位产生及接收：

1.在（主机）写数据的时候是从机应答（给主机），主机检测；

2.在（主机）读数据的时候是主机应答（给从机），从机检测；

（我们借助I2C读写函数一起理解）

1.主机写，从机应答，主机读取应答

时序图：

源代码：

/************************************************

函数名称 ： I2C_GetAck

功    能 ： I2C主机读取应答(或非应答)位

参    数 ： 无

返 回 值 ： I2C_ACK ----- 应答

I2C_NOACK --- 非应答

作    者 ： strongerHuang

*************************************************/

uint8_t I2C_GetAck(void)

{

uint8_t ack;

I2C_SCL_LOW;     //SCL低 -> 高

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH;    //释放SDA(开漏模式有效)

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH;    //SCL高(读取应答位)

I2C_Delay();

if(I2C_SDA_READ)

ack = I2C_NOACK;//非应答

else

ack = I2C_ACK; //应答

I2C_SCL_LOW;     //SCL低

I2C_Delay();

returnack;

}

2.主机读，主机产生应答

时序图：

源代码：

/************************************************

函数名称 ： I2C_PutAck

功    能 ： I2C主机产生应答(或非应答)位

参    数 ： I2C_ACK ----- 应答

I2C_NOACK --- 非应答

返 回 值 ： 无

作    者 ： strongerHuang

*************************************************/

voidI2C_PutAck(uint8_t Ack)

{

I2C_SCL_LOW;     //SCL低

I2C_Delay();

if(I2C_ACK == Ack)

I2C_SDA_LOW;   //应答

else

I2C_SDA_HIGH;  //非应答

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH;    //SCL高 -> 低

I2C_Delay();

I2C_SCL_LOW;     //SCL低

I2C_Delay();

}

Ⅳ

I2C写一字节

这里说的I2C写，是主机往从机接入1Byte的数据；

“写”要求按照上面的“数据为传输”来操作：在SCL时钟为低电平时准备好，待SCL为高电平时发送出去。

写完一字节（8位）之后，读取从机的应答位：

若为0，表示从机应答，可以继续下一步操作； 

若为1，表示从机非应答，不能进行下一步操作。

注意：

I2C写一字节，不是EEPROM写一字节（需要区分开来）

写一字节时序（前面8位数据 + 最后1为应答）：

源代码：

/************************************************

函数名称 ： I2C_WriteByte

功    能 ： I2C写一字节

参    数 ： Data --- 数据

返 回 值 ： 无

作    者 ： strongerHuang

*************************************************/

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_LOW;   //SCL低(SCL为低电平时变化SDA有效)

I2C_Delay();

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;//SDA高

else

I2C_SDA_LOW; //SDA低

Data <<= 1;

I2C_Delay();

I2C_SCL_HIGH;  //SCL高(发送数据)

I2C_Delay();

}

I2C_SCL_LOW;     //SCL低(等待应答信号)

I2C_Delay();

I2C_GetAck();    //读取应答位

}

提示：

网上常见几种关于“I2C写数据函数”的不规范写法, 或许整个I2C驱动能通信成功，但各个函数之间依赖关系很强，不便理解，也不是标准的函数。

1.首先将SCL置高：

voidI2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_HIGH; 

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW; 

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

}

I2C_GetAck();

}

这种程序的写法有一个致命的地方（有可能停止，或重新开始I2C通信）：

首先将SCL置高：

A.若之前SDA是低电平，第一位写入高电平,将停止I2C通信。

B.若之前SDA是高电平，第一位写入低电平,将重新开始I2C通信。

2.写完8位数据之后，未将SCL置低（也就是SCL保持高电平状态）

由于写完8位数据之后，将要读取应答信号，也就是要SDA将从输出状态变为输入状态。

这个时候SCL为高，如果SDA最后一位是低且SDA是开漏模式，需要将SDA释放，也就是要将SDA置位高，那么，这个时候就进行了一个停止操作。

3.时序混乱

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

I2C_SCL_HIGH; 

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW; 

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

I2C_SCL_HIGH; 

}

I2C_GetAck();

}

多种问题的例子，有可能产生以下问题：

A.有可能多写1位数据；

B.有可能停止I2C通信；

C.有可能重新开始I2C通信。

Ⅴ

I2C读一字节

I2C的读一字节函数，其实和“写一字节”类似，只是数据传输方向相反，应答的方向也是相反。

读完一字节（8位）之后，由主机产生应答（或非应答）位：

若产生应答，表示可以继续读下一字节操作（从设备地址指向下一字节）； 

若产生非应答，表示不可以继续读下一字节操作；

网上I2C读数据程序和“写数据”类似，存在很多不标准的版本，参考时请注意。

读一字节时序（主机读取前面8位数据 + 主机产生1为非应答<连续读，主机产生应答位>）：

源代码：

/************************************************

函数名称 ： I2C_ReadByte

功    能 ： I2C读一字节

参    数 ： ack --------- 产生应答(或者非应答)位

返 回 值 ： data -------- 读取的一字节数据

作    者 ： strongerHuang

*************************************************/

uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack)

{

uint8_t cnt;

uint8_t data;

I2C_SCL_LOW;     //SCL低

I2C_Delay();

I2C_SDA_HIGH;    //释放SDA(开漏模式有效)

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_HIGH;  //SCL高(读取数据)

I2C_Delay();

data <<= 1;

if(I2C_SDA_READ)

data |= 0x01; //SDA为高(数据有效)

I2C_SCL_LOW;   //SCL低

I2C_Delay();

}

I2C_PutAck(ack); //产生应答(或者非应答)位

return data;     //返回数据

}