一文教你彻底学会IIC协议

一.序言

背景知识：I2C总线上是通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，当所有设备都空闲时，由上拉电阻把总线拉成高电平。所以默认总线上是高电平。
I2C设备之间常见的连接方式。

二.IIC读写过程

注：一般单片机是主机，各种模块是从机（eeprom,oled显示屏，以及各种传感器）

2.1主机向从机写入数据

首先给一个起始信号，然后发送从机地址（地址最后一位决定是写数据还是读数据）这里给的是 ‘0’，表示写入数据。写入从机地址后，等待从机给响应信号。主机接收到响应数据后才可以开始传输数据了，如果主机不想传输数据了，就给出停止信号。数据传输结束

2.2主机向从机读取数据

这边同写入数据一样，先给一个起始信号，再发送从机地址（地址最后一位表示读还是写）这里是 ‘1’,表示读取数据。等待从机响应。响应后就可以读取数据了。读取数据后，要发送一个应答信号（告诉从机数据已经被读取），从机收到应答信号后就可以继续发送数据给主机。如果主机不想再接收数据了，就发送一个非应答信号（告诉从机不要发送数据了），主机给出停止信号。数据读取完成。

2.3 I2C起始信号和停止信号

起始信号是SCL时钟线在高电平时，SDA由高拉低，产生一个下降沿。表示起始信号。
停止信号是SCL时钟线在高电平时，SDA由低电平拉到高电平，产生一个上升沿。表示停止信号

三. 数据的有效性

我们知道I2C是时钟线和数据线协同工作的。那么I2C是如何表示有效数据的呢？
其实就是在SCL保持高电平的时候，SDA的数据才是有效的，正确的。这时候才能去读取SDA的数据（同时这时候不能去改变SDA的数据）不然可能会读取到错误数据，那么SCL低电平时是在干嘛? SCL低电平时SDA进行数据变化（此时并不会读取SDA的数据），等SDA数据稳定后，在拉高SCL,进行数据读取。

四.时序要求

前面我们只是讲了大概流程，其实I2C对时序也是要求严格的。下面我就给大家讲解时序。

4.1 起始信号

起始产生时，SCL高电平时，SDA高电平至少维持4.7us，此时拉低SDA产生下降沿，至少维持4us.

4.2 终止信号

终止信号产生时，SCL高电平时，SDA低电平至少维持4us,再拉高SDA产生上升沿。维持SDA至少4.7us

4.3 应答信号

当SCL是高电平时，且至少维持4us,SDA数据线是0，此时表示应答信号

4.4 非应答信号

当SCL是高电平时，且至少维持4us,SDA数据线是1，此时表示非应答信号

4.5读取数据

我们可以参考下图，当读取数据时SCL保持时间为t_HIGH最少4ms。当SDA变化数据是，SCL保持低电平的时间t_Low至少保持4.7us，此时可以改变SDA上的数据。

五.代码实例

void I2C_Start(void)
{
    
    
	
	IIC_SDA = 1;      
	IIC_SCL = 1; //高电平         
	delay_us(5); //保持4.7us以上，这里5us     
	IIC_SDA = 0; //拉低，下降沿  
	delay_us(5); //保持低电平      
	IIC_SCL = 0; //拉低   
}
 

void I2C_Stop(void)
{
    
    
	
	IIC_SDA = 0;        
	IIC_SCL = 1;           
	delay_us(5);//保持高电平        
	IIC_SDA = 1; //拉高，上升沿      
	delay_us(5);            
}
 

void I2C_SendACK(char ack)
{
    
    
	 	
	IIC_SCL = 0;            
	if(ack) IIC_SDA = 1; 
	else IIC_SDA = 0;   
	delay_us(2);  //短延时等待SDA稳定            
	IIC_SCL = 1;  //拉高SCL         
	delay_us(5);  //延时，从机读取SDA           
	IIC_SCL = 0;              
 

char I2C_RecvACK(void)
{
    
    
	unsigned char cnt=0;
	
	IIC_SDA=1; //释放数据线
	delay_us(1);
	IIC_SCL=1; //时钟线拉高
	delay_us(1);
	while(IIC_SDA) //等待从机把SDA拉低，产生应答信号
	{
    
    
		cnt++;
		delay_us(1);
		if(cnt>=250)
		{
    
    
			I2C_Stop();
			
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0; 
	return 0;
}
 

void I2C_SendByte(unsigned char data)
{
    
       
//data高位先发。
	unsigned char  i;
	IIC_SCL = 0;  //拉低SCL
	delay_us(2);  
	for (i=0;i<8;i++) 
	{
    
    
		if(data&0x80) IIC_SDA=1;//给SDA赋值
		else IIC_SDA=0;
		data <<= 1;
		IIC_SCL = 1; //拉高时钟线
		delay_us(2); //延时,从机读取SDA数据
		IIC_SCL = 0;
		delay_us(2);
	}
}

unsigned char I2C_RecvByte(void)
{
    
    
//低位先接收
	unsigned char  i;
	unsigned char  data = 0;
	
	for (i=0;i<8;i++)
	{
    
    
		IIC_SCL=0;//拉低时钟线
		delay_us(2);//此时从机改变SDA数据
		IIC_SCL=1; //拉高时钟线
		data <<= 1;
		IIC_SCL = 1;
		if(IIC_SDA) data|=0x01;  //读取数据线            
		delay_us(1);
		//因为默认是0，所以IIC_SDA为0是可以不赋值0
	}
	IIC_SCL=0; 
	return data;
}

六.结语

本次也是结合I2C的时序图讲述了如何产生起始信号，停止信号，应答信号，非应答信号，向从机读取数据，向从机写入数据等。最后也是给出了代码实例，理论和实践结合用，帮助读者深入理解IIC。