一文详解IIC总线

IIC总线概述

IIC总线介绍

IIC（Inter-Integrated Circuit）集成电路总线，它是一种两线式串行通信总线，又叫I2C，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年推出的。多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，一般可达400kbps 以上。IIC两线制包括串行数据线和时钟线，总线必须有主机控制，主机产生串行时钟，控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。IIC总线上有主机和从机之分，可以有多个主机和从机，从机永远不会主动给主机发消息。器件发送数据到总线上定义为发送器，期间接受总线上的数据定义为接收器，主器件和从器件都可以工作与发送和接收的状态。

IIC通信方式：串行同步半双工

主机从机都可以作为接收器和发送器使用，不同时间处于不同身份，换句话说就是同一时间只有接收或发送一种状态。

IIC总线物理拓扑结构

理论上可以挂无数个设备，实际上挂载设备受两线之间的干扰，有限制。

上拉电阻阻值范围：4.7K~100K

设备之间要求共地线。

IIC总线主从设备通信

IIC通信中主机如何确定和那个从机通信？

IIC通信中寻找从设备根据设备地址查找，设备地址每个设备都有，可以分为10位和7位两种，设备地址包含两个部分：一部分是可编程地址，一部分是固定地址，具体每一部分占多少位有设计厂商决定，一般看手册都能找到。

IIC总线和串口比较

名称	IIC总线	UART
通信方式	串行同步半双工	串行异步全双工
通信速度	标准100kbit/s,快速400k，高速3.4M	由波特率决定
主从设备	有主从之分，主机产生时钟	无主从之分

IIC总线数据帧

IIC数据帧格式

IIC标准数据帧格式：起始条件+数据位（8位：发送器发送到数据总线）+应答位（接收器发送）+停止条件 （MSB：高位 LSB：低位）

起始条件：SCL高电平期间，SDA由高电平变为低电平

数据位：时钟上升沿采集数据，下降沿准备数据，或者说只有在时钟低电平时间允许数据位发生变化

应答位：低电平表示应答，高电平表示非应答

停止条件：SCL在高电平期间，SDA由低电平变为高电平

传输过程和串口不同：串口是以一帧数据为单位来传输的，每帧数据都包含完整的起始位到停止位。IIC一次传输包含起始条件和停止条件，中间可以包含很多个8位数据。多个数据之间都会有应答信号，在传输最后一位数据时没有应答信号，也就表明数据传输结束了。

IIC总线时序

具体时序如下：该时序图的时间是在100kbit/s的速度下使用的，如果提高速度，对应的时间也应该缩短。

IIC总线寻址方式

IIC寻址数据格式图：

上图是7位地址位寻址方式

方向位：确定是读数据还是写数据

IIC总线通信最先发送的数据是：设备地址+方向位

如果是10位地址寻址方式：

先将10位中的高三位地址取出来，高位补0，先发送出去，然后再将剩下的7位，加上方向位再进行发送。也就是分两个8位数据发送。10位地址时，设备会自动将前两个8位数据判断为地址数据。

IIC总线通信方式

IIC通讯的三种方式，这里需要注意的是数据线上的应答和数据是由主机还是从机发出的，具体已在图片中标注出来。

只读数据：

只写数据：

读写切换：

模拟IIC总线

由于专利原因，ST公司在设计IIC接口时做得比较复杂，所以在实际使用中大部分情况都采用的是模拟IIC接口，在模拟时只需要两个普通IO口就可实现IIC通讯。

IIC模拟IO口模式选择：

SCL时钟线：由主机驱动需要较强的高低电平驱动能力，一般配置为通用推挽输出模式

SDA数据线：这里需要注意了，数据线上我们既要向外发送数据，还要接收从机的应答信号。所以这里有两种方式可选。

1，通讯时切换IO口的工作模式

配置为开漏输出

这里给大家解释一下为什么可以使用开漏输出，首先IIC通讯时硬件上已经提供了上拉电阻，不需要考虑推挽输出无法输出高电平的问题了。其次大家可以查询一下参考手册的GPIO一章中对开漏模式的描述，官方说明在配置为开漏模式时，输出数据寄存器依然工作，我们仍然可以通过读取输入数据寄存器来判断数据线的电平状态。那为什么不使用推挽呢？由于推挽输出驱动能力较强，为了避免从机出现无法更变数据线电平状况的情况出现，所以一般不采用推挽输出。

具体模拟代码，网上很多大家自行百度即可。