IIC通信协议

一、IIC（Inter-Integrated Circuit）通信的基本概念：

硬件结构：

• 只需要两根线：SCL（串行时钟线）和SDA（串行数据线）
• 可以连接多个设备，每个设备都有唯一的地址（7bit）
  

通信原理：

• 主从通信：一个主设备，多个从设备
• 同步通信：由SCL线提供时钟信号
• 串行、半双工：数据可以双向传输，但同一时刻只能单向

基本通信过程：

• 起始条件：主设备发送
• 地址帧：选择要通信的从设备
• 数据帧：传输实际数据
• 停止条件：主设备发送

二、IIC总线的基础知识

• IIC上的设备既可以作为主机使用，又可以作为从机使用，同一时刻只能有一个主机。
• 发起通信的设备为主机，接受通信的设备为从机。
• 主机可以发起和结束一次通信，而从机只能被主机呼叫。
• 总线上有多个主机同时启用总线时，IIC也具备冲突检测和仲裁功能来防止错误产生。（谁先发起起始信号，谁就拥有总线通信权，直到停止信号发起）
• IIC总线上的设备都有自己唯一一个地址（7bit）。
• 总线上增加和去除设备，不会影响其他设备工作。
• 发送数据的设备为发送器，接收数据的器件为接收器。

三、IIC总线的通信过程

1. 主机发送起始信号启用总线

  静默状态：SDA为高电平、SCL为低电平。
  起始信号的产生：SCL为高电平时、SDA由高变低，即为起始信号。（下降沿）
  
  起始信号产生后，总线处于占用状态，不接受其他的主机发起起始信号。

2. 主机发送一个字节数据指明从机地址和数据的传送方向

一个字节8bit
数据格式 = 7bit从机地址 + 1bit读写位（从从机读数据：1，给从机写数据：0）。
可以理解为:  data = 7bit从机地址 | 读写位（0x01:主机读数据。0x00主机发送数据）。

例1:
从机地址为0x78,需要从从机获取数据。
0x78 = 0111 1000
0x01 = 0000 0001
或运算后：
data = 0111 1001
发送的数据为：0x79


例2：
从机地址为0x34,需要给从机发数据。
0x34 = 0011 0100
0x00 = 0000 0000
或运算后：
data = 0011 0100
发送的数据为：0x34

3. 被寻址的从机发送应答信号回应主机

从机收到地址后，跟自身的地址进行比对，如果是自己的地址，就会识别最后一个读写位。

从机校验完地址后，向主机发送一个应答信号 0(ACK)，表示接收到了主机建立通信的请求。

4. 发送器发送一个字节数据

IIC总线通信时，每个字节为 8 bit长度，数据传送时，先传最高位，后传低位。

例如：发送的数据为 0x34
0x34  =  0   0   1   1     0   1   0   0
         D7  D6  D5  D4    D3  D2  D1  D0
         
数据从 D7 -> D0  依次发送出去。

逻辑 1 ： SCL为高电平时，SDA为高电平，表示逻辑 1。
逻辑 0 ： SCL为高电平时，SDA为低电平，表示逻辑 0。


在单片机处理中
当SCL为低电平时，可以对SDA高低电平进行设置。
当SCL为高电平时，不可以对SDA电平进行设置了，因为这个时候在读数据。

5. 接收器发送应答信号回应发送器

从机收到数据后，向主机发送1个数据位。（0 / 1）

0 ： 表示从机收到信息。（ACK）
1 ： 表示从机没有收到信息。（NACK）

6. 循环步骤4、5。

7. 通信完成后主机发送停止信号释放总线。

停止信号的产生：SCL为高电平时，SDA由低变高表示停止信号。（上升沿）

停止信号产生后，总线处于空闲状态，允许所有主机发起起始信号，谁最快发起谁占用。

四、IIC的典型时序

1. 主机向从机发数据（发送一个数据后停止通信）

例如：从机地址为 0x34，需要发送的数据为0x78。

通信过程如下：

1、主机发送起始信号：0                              //SCL为高电平时，SDA为低电平。
2、主机发送地址和读写位： 0x34 == (0x34 | 0x00)     //0x34是地址   0x00是主机向从机发数据
3、从机收到地址和读写位后向主机回复ACK    ACK == 0  //SCL为高电平时，SDA为低电平
4、主机收到ACK后向从机发送数据：0x78               //从高位向低位发送
5、从机收到数据后回复ACK：               ACK == 0 //SCL为高电平时，SDA为低电平
6、主机收到ACK后停止通信： 主机发送停止位          //SCL为高电平时，SDA为高电平

2. 从机向主机发数据

例如：从机地址为0x54，主机主动向从机获取数据，数据为0x88。

通信过程如下：

1、主机发送起始信号：0                              //SCL为高电平时，SDA为低电平
2、主机向从机发送地址和读写位：0x55 == (0x54 | 0x01) //0x54是从机地址，0x01是主机向从机读数据
3、从机收到后回复ACK:0                              //SCL为高电平时，SDA为低电平
4、从机向主机发送数据：0x88                         //数据为0x88
5、主机收到后回复ACK                               //SCL为高电平时，SDA为低电平
   如果从机不想继续接收可以恢复NACK                 //SCL为高电平时，SDA为高电平
6、主机发起停止信号：1                             //SCL为高电平时，SDA为高电平

3. 主机向从机发数据后，从机向主机发数据

例如：主机想要获取从机存储的数据0x88，这个数据存在于从机内存中0x11这个地址中，从机本身的IIC通信地址为0x56。

通信过程如下：

1、主机发送起始信号：0                               //SCL为高电平时，SDA为低电平
2、主机向从机发送地址和读写位：0x56 == (0x56 | 0x00) //0x56是从机地址，0x00是主机向从机发送数据
3、从机收到地址后回复ACK：0                         //SCL为高电平时，SDA为低电平
4、主机向从机发送从机的内存地址：0x11                //从机内容地址为0x11
5、从机收到后回复ACK：0                             //SCL为高电平时,SDA为低电平
6、主机向从机发送地址和读写位：0x57 == (0x56 | 0x01) //从机地址为0x56,从从机读取数据是0x01
7、从机收到后回复ACK：0                             //SCL为高电平时，SDA为低电平
8、从机向主机发送数据：0x88                         //从机地址为0x11这个内容存储的数据为0x88
9、主机收到后回复ACK：0                             //SCL为高电平时，SDA为低电平
   主机如果不想继续接收了可以回复NACK：1             //SCL为高电平时，SDA为高电平
10、主机发起停止信号：1                             //SCL为高电平时，SDA为高电平