一文詳解IIC總線

第第頁(yè)一文詳解IIC總線IIC總線概述

IIC總線介紹

IIC（In（te）r-IntegratedCircuit）（集成電路）總線，它是一種兩線式串行（通信）總線，又叫（I2C），使用多主從架構(gòu)，由飛利浦公司在1980年推出的。多用于主控制器和從器件間的主從通信，在小數(shù)據(jù)量場(chǎng)合使用，傳輸距離短，一般可達(dá)400kbps以上。IIC兩線制包括串行數(shù)據(jù)線和（時(shí)鐘）線，總線必須有主機(jī)控制，主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘，控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。IIC總線上有主機(jī)和從機(jī)之分，可以有多個(gè)主機(jī)和從機(jī)，從機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)主動(dòng)給主機(jī)發(fā)消息。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上定義為發(fā)送器，期間接受總線上的數(shù)據(jù)定義為接收器，主器件和從器件都可以工作與發(fā)送和接收的狀態(tài)。

IIC通信方式：串行同步半雙工

主機(jī)從機(jī)都可以作為接收器和發(fā)送器使用，不同時(shí)間處于不同身份，換句話說(shuō)就是同一時(shí)間只有接收或發(fā)送一種狀態(tài)。

IIC總線物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

理論上可以掛無(wú)數(shù)個(gè)設(shè)備，實(shí)際上掛載設(shè)備受兩線之間的干擾，有限制。

上拉電阻阻值范圍：4.7K~100K

設(shè)備之間要求共地線。

IIC總線主從設(shè)備通信

IIC通信中主機(jī)如何確定和那個(gè)從機(jī)通信？

IIC通信中尋找從設(shè)備根據(jù)設(shè)備地址查找，設(shè)備地址每個(gè)設(shè)備都有，可以分為10位和7位兩種，設(shè)備地址包含兩個(gè)部分：一部分是可（編程）地址，一部分是固定地址，具體每一部分占多少位有設(shè)計(jì)廠商決定，一般看手冊(cè)都能找到。

IIC總線和串口比較

名稱IIC總線（UART）通信方式串行同步半雙工串行異步全雙工通信速度標(biāo)準(zhǔn)100kbit/s,快速400k，高速3.4M由波特率決定主從設(shè)備有主從之分，主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘無(wú)主從之分IIC總線數(shù)據(jù)幀

IIC數(shù)據(jù)幀格式

IIC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式：起始條件+數(shù)據(jù)位（8位：發(fā)送器發(fā)送到數(shù)據(jù)總線）+應(yīng)答位（接收器發(fā)送）+停止條件（MSB：高位LSB：低位）

起始條件：SCL高電平期間，SDA由高電平變?yōu)榈碗娖?/p>

數(shù)據(jù)位：時(shí)鐘上升沿采集數(shù)據(jù)，下降沿準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，或者說(shuō)只有在時(shí)鐘低電平時(shí)間允許數(shù)據(jù)位發(fā)生變化

應(yīng)答位：低電平表示應(yīng)答，高電平表示非應(yīng)答

停止條件：SCL在高電平期間，SDA由低電平變?yōu)楦唠娖?/p>

傳輸過(guò)程和串口不同：串口是以一幀數(shù)據(jù)為單位來(lái)傳輸?shù)模繋瑪?shù)據(jù)都包含完整的起始位到停止位。IIC一次傳輸包含起始條件和停止條件，中間可以包含很多個(gè)8位數(shù)據(jù)。多個(gè)數(shù)據(jù)之間都會(huì)有應(yīng)答（信號(hào)），在傳輸最后一位數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有應(yīng)答信號(hào)，也就表明數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束了。

IIC總線時(shí)序

具體時(shí)序如下：該時(shí)序圖的時(shí)間是在100kbit/s的速度下使用的，如果提高速度，對(duì)應(yīng)的時(shí)間也應(yīng)該縮短。

IIC總線尋址方式

IIC尋址數(shù)據(jù)格式圖：

上圖是7位地址位尋址方式

方向位：確定是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù)

IIC總線通信最先發(fā)送的數(shù)據(jù)是：設(shè)備地址+方向位

如果是10位地址尋址方式：

先將10位中的高三位地址取出來(lái)，高位補(bǔ)0，先發(fā)送出去，然后再將剩下的7位，加上方向位再進(jìn)行發(fā)送。也就是分兩個(gè)8位數(shù)據(jù)發(fā)送。10位地址時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)將前兩個(gè)8位數(shù)據(jù)判斷為地址數(shù)據(jù)。

IIC總線通信方式

IIC通訊的三種方式，這里需要注意的是數(shù)據(jù)線上的應(yīng)答和數(shù)據(jù)是由主機(jī)還是從機(jī)發(fā)出的，具體已在圖片中標(biāo)注出來(lái)。

只讀數(shù)據(jù)：

只寫數(shù)據(jù)：

讀寫切換：

（模擬）IIC總線

由于專利原因，ST公司在設(shè)計(jì)IIC接口時(shí)做得比較復(fù)雜，所以在實(shí)際使用中大部分情況都采用的是模擬IIC接口，在模擬時(shí)只需要兩個(gè)普通IO口就可實(shí)現(xiàn)IIC通訊。

IIC模擬IO口模式選擇：

SCL時(shí)鐘線：由主機(jī)驅(qū)動(dòng)需要較強(qiáng)的高低電平驅(qū)動(dòng)能力，一般配置為通用推挽輸出模式

SDA數(shù)據(jù)線：這里需要注意了，數(shù)據(jù)線上我們既要向外發(fā)送數(shù)據(jù)，還要接收從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。所以這里有兩種方式可選。

1，通訊時(shí)切換IO口的工作模式

配置為開(kāi)漏輸出

這里給大家解釋一下為什么可以使用開(kāi)漏輸出，首先IIC通訊時(shí)（硬件）上已經(jīng)提供了上拉電阻，不需要考慮推挽輸出無(wú)法輸出高電平的問(wèn)題了。其次大家可以查詢一下參考手冊(cè)的GPIO一章中對(duì)開(kāi)漏模式的描述，官方說(shuō)明在配置為開(kāi)漏模式時(shí)，輸出數(shù)據(jù)（寄存器）依然工作，我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)讀取輸入數(shù)據(jù)寄存器來(lái)判斷數(shù)據(jù)線的電平狀態(tài)。那為什么不使用推挽呢？由于推挽輸出驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，為了避免從機(jī)出現(xiàn)無(wú)