嵌入式必备知识-IIC协议

此篇文章在2023年8月8日被记录

1、概述

IIC(Inter-IntegratedCircuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器以及其外围设备，IIC也被称为I2C，其实两者是完全相同的。它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。两根线定义如下：

• 数据线SDA：数据线用来传输数据
• 时钟线SCL：时钟线用来同步数据收发

2、信号分解

时钟图绘制由https://wavedrom.com/editor.html提供，在线绘制非常方便！

IIC信号总共可以分为五种信号：

• 开始信号：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件
  
• 结束信号：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件
  
• 应答信号：每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答
  • 应答
    
  • 非应答
    
• 发送/接受一个字节：在发送一个字节时，在SCL拉底时，SDA上的数据可以发生变化，在SCL拉高时，SDA上的数据需要保持不变，在读取数据时，SCL时钟线仍然需要主机提供，SDA设定为输入读取从机的数据
  

3、编码实现

• 开始信号

void drv_iic_start(void)
{
    _iic_sad_out();
    _iic_sda_high();
    _iic_scl_high();
    _iic_delay0_1us(3);
    _iic_sda_low();
    _iic_delay0_1us(6);
    _iic_scl_low();
    _iic_delay0_1us(3);
}

• 结束信号

void drv_iic_stop(void)
{
    _iic_sad_out();
    _iic_sda_low();
    _iic_scl_high();
    _iic_delay0_1us(6);
    _iic_sda_high();
    _iic_delay0_1us(3);
}

• 等待应答信号

uint8_t drv_iic_wait_ack(void)
{
    uint8_t ret = 0;
    _iic_sad_in();
    _iic_scl_high();
    _iic_delay0_1us(5);
    ret = (_iic_sda_read()) ? NAK : ACK;
    _iic_delay0_1us(5);
    _iic_scl_low();
    _iic_delay0_1us(2);
    return ret;
}

• 发送应答 1 信号

void drv_iic_send_ack(void)
{
    _iic_sad_out();
    _iic_sda_low();
    _iic_delay0_1us(3);
    _iic_scl_high();
    _iic_delay0_1us(7);
    _iic_scl_low();
    _iic_delay0_1us(3);
}

• 写一个字节

void drv_iic_send_byte(uint8_t data)
{
    uint8_t i = 0;
    _iic_sad_out();
    _iic_delay0_1us(3);
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        _iic_scl_low();
        _iic_delay0_1us(3);
        (data & 0x80) ? _iic_sda_high() : _iic_sda_low();
        _iic_delay0_1us(13);
        _iic_scl_high();
        data <<= 1;
        _iic_delay0_1us(7);
    }
    _iic_scl_low();
    _iic_delay0_1us(2);
}

• 读取一个字节

uint8_t drv_iic_recv_byte(void)
{
    uint8_t data = 0;
    uint8_t i = 0;
    _iic_sad_in();
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        _iic_scl_low();
        data <<= 1;
        _iic_delay0_1us(13);
        _iic_scl_high();
        _iic_delay0_1us(5);
        if (_iic_sda_read())
        {
            data |= 0x01;
        }
        _iic_delay0_1us(2);
    }
    _iic_scl_low();
    return data;
}

4、实战练习

随便找一个具有IIC协议的芯片手册，通过查阅手册，得到总线通信图

• 写总线时序图
  
  编码实现：

void drv_write_reg(uint8_t reg,uint8_t data)
{
    drv_iic_start();
    drv_iic_send_byte(HW_I2C_ADDR & 0xFE);
    drv_iic_wait_ack();
    drv_iic_send_byte(reg);
    drv_iic_wait_ack();
    drv_iic_send_byte(data);
    drv_iic_wait_ack();
    drv_iic_stop();
}

• 读总线时序图
  

uint8_t drv_is3729_read_reg(uint8_t reg)
{
    uint8_t rec = 0x00;
    drv_iic_start();
    drv_iic_send_byte(HW_IS3730_I2C_ADDR & 0xFE);
    drv_iic_wait_ack();
    drv_iic_send_byte(reg);
    drv_iic_wait_ack();
    drv_iic_stop();
    drv_iic_start();
    drv_iic_send_byte(HW_IS3730_I2C_ADDR | 0x01);
    drv_iic_wait_ack();
    rec = drv_iic_recv_byte();
    drv_iic_send_nack();
    drv_iic_stop();
    return rec;
}

5、其他注意

• IIC协议速度较慢，因此通常只用来传输较少的数据
• 软件IIC可以通过调整间隙延时来提高速度，但是至少要满足手册所规定的最短时间