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什么是IIC通信协议？

article 2024/10/1 6:40:47

IIC（Inter-Integrated Circuit）通信协议，又称为I2C（Inter-Integrated Circuit 2）协议，是一种广泛使用的串行通信协议。它由飞利浦半导体公司（现NXP Semiconductors）开发，用于连接微控制器和其他设备，实现数据的串行传输。

IIC协议的基本原理

I2C协议使用两条线进行通信：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。这两条线通过上拉电阻连接到电源，确保在空闲状态下保持高电平。I2C协议支持多主设备和多个从设备，通过每个设备的地址来区分通信目标。

IIC协议的关键特性

双向通信：I2C协议支持双向数据传输，即主设备可以发送数据给从设备，也可以从从设备接收数据。
多主模式：允许多个主设备连接到同一条总线上，通过仲裁机制来选择唯一的主设备进行通信。
多从模式：I2C总线可以连接多个从设备，每个从设备都有唯一的地址，主设备通过地址来选择要通信的从设备。
速率灵活：I2C总线的速率可以根据应用需求进行调整，常见的速率有100 kHz（标准模式）、400 kHz（快速模式）和3.4 MHz（高速模式）。
低成本：I2C总线只需要两根线进行通信，降低了硬件成本和复杂性。

IIC协议的应用场景

I2C协议被广泛应用于各种数字芯片间的通信，例如：

传感器与微控制器之间的通信：如温度传感器、湿度传感器、加速度计等。
存储器芯片：如EEPROM和RTC芯片，用于数据的读写和时钟管理。
控制外设设备：如LED驱动器、LCD控制器、扩展IO芯片等。
显示器控制器：如OLED显示屏、液晶显示模块等。
工业自动化领域：如工业传感器、PLC等。

IIC协议的通信过程

I2C通信过程包括以下几个步骤：

起始信号：主设备发送一个起始信号，表示开始通信。
发送从设备地址：主设备发送从设备的地址和读/写位。
应答信号：从设备确认收到地址并发送应答信号。
数据传输：主设备和从设备之间进行数据的发送和接收。
停止信号：通信完成后，主设备发送停止信号，表示通信结束。

IIC协议的代码示例

以下是一个简单的I2C通信的代码示例，展示了如何使用STM32微控制器通过软件模拟I2C协议来读取AT24C02 EEPROM的数据。

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"

#define I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6 // 定义SCL引脚
#define I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7 // 定义SDA引脚
#define I2C_SCL_PORT GPIOB // 定义SCL引脚所在的端口
#define I2C_SDA_PORT GPIOB // 定义SDA引脚所在的端口

// I2C延时函数
void I2C_Delay(void) {
    delay_us(5);
}

// I2C初始化函数
void I2C_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(I2C_SCL_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 释放总线
    I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN;
    I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN;
}

// I2C起始信号
void I2C_Start(void) {
    I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA高电平
    I2C_Delay();
    I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平
    I2C_Delay();
    I2C_SDA_PORT->BRR = I2C_SDA_PIN; // SDA低电平，开始信号
    I2C_Delay();
    I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平
}

// I2C停止信号
void I2C_Stop(void) {
    I2C_SDA_PORT->BRR = I2C_SDA_PIN; // SDA低电平
    I2C_Delay();
    I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平
    I2C_Delay();
    I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA高电平，停止信号
}

// I2C发送一个字节
void I2C_SendByte(uint8_t byte) {
    uint8_t i;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        I2C_SDA_PORT->BRR = I2C_SDA_PIN; // SDA低电平
        if (byte & 0x80) {
            I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA高电平
        }
        I2C_Delay();
        I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平
        I2C_Delay();
        I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平
        byte <<= 1;
    }
    I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA释放，准备接收应答
    I2C_Delay();
    I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平
    I2C_Delay();
    I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平
}

// I2C读取一个字节
uint8_t I2C_ReadByte() {
    uint8_t i, byte = 0;
    I2C_SDA_PORT->ODR &= ~I2C_SDA_PIN; // SDA输入模式
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        byte <<= 1;
        I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平
        I2C_Delay();
        if (I2C_SDA_PORT->IDR & I2C_SDA_PIN) {
            byte |= 0x01;
        }
        I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平
        I2C_Delay();
    }
    return byte;
}

// 从AT24C02读取一个字节数据
uint8_t AT24C02_ReadByte(uint16_t addr) {
    uint8_t data;
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(0xA0 << 1); // 发送设备地址和写命令
    I2C_WaitAck();
    I2C_SendByte(addr >> 8); // 发送高地址字节
    I2C_WaitAck();
    I2C_SendByte(addr & 0xFF); // 发送低地址字节
    I2C_WaitAck();
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(0xA1 << 1); // 发送设备地址和读命令
    I2C_WaitAck();
    data = I2C_ReadByte();
    I2C_Stop();
    return data;
}

int main(void) {
    I2C_Init();
    uint8_t data = AT24C02_ReadByte(0x00); // 从地址0x00读取数据
    // ... 其他操作
    while (1) {
        // ... 主循环
    }
}