【IIC】通过Arduino的SoftI2C库学习IIC通信

SoftIC库

SoftI2C库是Arduino的一个第三方库，可以通过软件模拟IIC时序与其他设备进行通信。可以实现与Wire库一样的功能。

SoftI2C库的官方链接：https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/softi2c/

相关的API函数如下所示：

IIC基本知识

物理层

IIC通信是通过两条线进行，分别是SDA和SCL，为IIC总线。

在物理接连层面，IIC总线都是通过上拉电阻（一般为4.7k）上拉至高电平，所以在空闲期间，IIC总线SDA和SCL的空闲电平为高电平。IIC主从设备通过将自身的接口连接至总线上进行通信。

协议层

在协议层，IIC总线的SDA和SCL通过形成不同的时序进行数据传输。

通过一张图来介绍一下IIC的时序：

1 起始信号
数据发送开始时，由主设备发送起始信号，表示通信开始。起始信号是SCL高电平期间，SDA由高变低（下降沿）。

2 数据信号
在SCL低电平期间，SDA信号允许进行翻转变化，在SCL高电平期间，SDA信号必须保持不变。因为在SCL高电平期间，会对SDA进行采样，进而传输1bit数据。
如上图所示，在传输单byte数据时，高位数据会先传输，低位数据后传输。一共传输8bit。

3 应答信号ACK
在主设备传输了一个字节数据后，主设备将SDA拉高，放弃SDA线的控制权，对应的从设备会在SDA上产生应答信号ACK，即将SDA拉低。当主设备在第九个SCL高电平期间采样到SDA低电平，表示与从设备通信成功；如果未检测到ACK信号，则表示数据传输失败。

4 非应答信号NACK
与应答信号相反的，就是非应答信号NACK，即在第九个SCL高电平期间采样到SDA为高电平，表示设备没有应答。

5 结束信号
结束信号代表通信的结束。对应的时序是在SCL高电平期间，SDA由低变高（上升沿）。

IIC的通信过程都是由上面这5中信号组成的。

记忆小技巧：
在SCL低电平期间，SDA信号可以随意发生变化，并不会影响通信过程；在SCL高电平期间，SDA信号不发生变化，则为传输数据信号；如果发生了变化，就会形成起始信号（SDA由高变低）和结束信号（SDA由低变高）。

以IIC芯片AS5600的数据手册为例，了解一下IIC的写数据和读数据的通信规则：

AS5600数据手册：获取链接

AS5600具体的通信时序如下图所示：

挂载在IIC总线上的从设备都会有一个独立的器件地址（slave address），是一个7位的二进制数，例如AS5600的器件地址固定为0x36。

在通信过程中紧接着起始信号的就是器件地址和1bit的R/W读写标识位（write=0，read=1），组成了一字节的数据，表示向对应的从设备写数据或读数据。

AS5600写数据时序：

首先是起始信号S，然后紧接着是器件地址0x36和写标志位0。从设备应答后，再发送将要写的寄存器地址（Word address），从设备应答后，继续发送要写的数据data。最后发送停止信号P结束通信。

需要注意的是，AS5600支持多数据的写入，多个数据的写入会将寄存器地址递增依次写入。

AS5600读数据时序：

首先是起始信号S，然后紧接着是器件地址0x36和写标志位0。从设备应答后，再发送将要读的寄存器地址（Word address），从设备应答。
主设备重新发送起始信号S，器件地址0x36和读标志位1。从设备应答后，从设备会将指定寄存器地址中的数据返回给主设备。
这个时候主设备每接收一个字节后，会向从设备发送应答信号，直到主设备发送非应答信号NACK，表示不需要再发送数据了，然后主设备发送停止信号P结束通信。