IIC
IIC：集成电路总线(Inter-Integrated Circuit)
快速：400kbit/s 高速：3.4Mbit/s
速度由 SCL 决定，上升沿斜率受上拉电阻和等效电容影响。
物理层
两线式串行总线，可发送和接收数据。
数据线：SDA
时钟线：SCL
同步(带时钟)串行 半双工(发送或接收)通信方式 。
IIC 的 GPIO 为开漏模式，支持线与功能，开漏模式无法输出高电平，所以需要外部上拉两条线上接有上拉电阻，保证空闲状态处于稳定的高电平。
可以连接多个设备(保证设备地址不同)，支持多主机多从机连接模式，上图可认为是一个主机(启动数据传输，并产生时钟信号的设备)，多个从机(被主机寻址的数据）。
多主机则采用仲裁模式。
协议层
1、空闲状态
即：两条信号线同时处于高电平。两个线都接有上拉电阻，保证其空闲状态处于稳定高电平。
2、起始信号(START)
SCL时钟线为高时，SDA数据线由高到低的跳变。
3、终止信号(STOP)
SCL时钟线为高时，SDA数据线由低到高的跳变。
4、数据的有效性
SCL高电平时，SDA传输的数据稳定有效。想变化(传输数据时)需要在SCL低电平时变化(数据在SCL的上升沿到来之前需要准备好，并在下降沿到来之前保持稳定）。
5、应答信号ACK
主机SCL拉高，读取从机SDA的电平，为低电平表示产生应答。
应答信号为低电平时为有效应答位(从机的SDA向主机发送低电平)。
当发送高电平时，发送方会产生上述的停止信号来结束数据的发送。
SDA是一根线，线上被所有主机和从机占着，不是一个主机一直霸占着线，所以从机可以发信号。
接收器在SCL第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，确保在该时钟的高电平期间从机SDA为稳定的低电平。
图解：SCL高电平期间，主机SDA从高到低跳变，为起始信号S准备开始传输数据;SCL高电平，传输数据稳定，低电平期间发送变化(传输其他值)以此串行传输完一个字节后；从机ACK可以在SCL高电平期间，发出ACK应答，表示可继续传输数据。当发送高电平(非ACK应答)时，发送方会产生的停止信号来结束数据的发送。
6、数据传输
在SCL串行时钟下，SDA上逐位串行传输每一位的数据。数据位的传输时边沿触发。
总线寻址方式
按照从机地址位数可以分为7bits或10bits
D1-D7地址位；D0控制数据方向位，0：向从机写数据，1：向从机读数据
当主机发送7位地址到数据线上后，从机将会与其进行地址配对。数据传输方向则被D0位控制。7位从机地址可由4位固定地址和3位可编程地址组成，那么因此可得到，一共可挂载寻址8个从机(3位的二进制为8)。理论上可挂载2^8=128个设备(地址0x00不用),所以是127个设备，但是由于驱动有限，不可能挂那么多。
*数据传输(详解)
IIC在SDA线上传输的是广义的数据(包括地址数据和数据信号)，起始信号后，必须发送地址数据。
1、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变
解释：灰色块为主机产生的信号，首先主机产生起始信号S，然后第一个数据发送从机地址，因为是发送数据，最低控制位为0；红色块为SDA(从机)发送ACK应答，则表示可继续传输数据，当主机接收到非ACK时或者即便从机发送ACK时，数已经发完，那么最后主机产生终止信号P结束传输。
2、主机(在第一个字节即:地址后)从从机中读取数据
解释：主机产生起始信号S，第一个数据发送从机地址，最低控制位为1，表示读取数据。从机发送ACK应答，然后从机通过SDA线(SDA线是共用的)发送数据给主机，此时主机产生ACK应答，从机则继续发送数据，当主机产生非ACK应答时，主机再发送停止信号P结束传输。
3、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读写方向位正好相反
解释：主机产生起始信号S开始通信，(默认为7位的情况)第一个字节(从机地址+0)主机向从机发送地址，从机产生ACK应答，主机发送数据，那么此时从机发送ACK应答，可以继续进行传输数据。
此时主机需要读取从机数据时，则起始信号和从机地址都被重复产生一次后，从机产生ACK应答，然后向主机发送数据，主机接收到数据后，发送非ACK，表示不需要再接收数据，发送停止信号S。
下面以正点原子STM32F407与EEPROM(24C02)进行IIC通信为例，讲解部分代码
//产生IIC起始信号 SCL时钟线为高时，SDA数据线由高到低的跳变
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT(); //SDA线输出 即主机输出
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=0; //1~0跳变 起始信号
delay_us(4);
IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
//产生IIC停止信号 SCL时钟线为高时，SDA数据线由低到高的跳变
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;//0~1跳变 发送I2C总线结束信号
delay_us(4);
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入 则为从机输入发送信号
IIC_SDA=1;delay_us(1);
IIC_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA) //READ_SDA这个的值是由从机，即24c02发送信号过来 ，若为1则不应答，若为0则应答 这个是实际的应答
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250) //超时响应 则终止
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL=0;//时钟输出0
return 0;
}
//产生ACK应答 程序模拟的ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答 1，有应答 0，无应答
void IIC_Send_Byte(u8 txd) //txd发送的数据
{
u8 t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
for(t=0;t<8;t++) //以此从最高位读取数据到SDA线上
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7; //以此取最高位 右移7位取出送入数据线
txd<<=1; //以此左移一位
delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送NACK
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ ) //发送数据给主机
{
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
receive<<=1; //依次从最低位开始获取数据
if(READ_SDA)receive++; //读取从机SDA上的数据，该位为1则++, 依次从最低位开始获取
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();//发送NACK
else
IIC_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
//在AT24CXX指定地址写入一个数据 注意地址需要发两次
//第一次是片外寻址，第二次是片内地址
//WriteAddr :写入数据的目的地址
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{
IIC_Start(); //开始信号
IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
IIC_Wait_Ack(); //等待ACK应答
IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();//产生一个停止条件
delay_ms(10);
}
//在AT24CXX指定地址读出一个数据
//ReadAddr:开始读数的地址
//返回值 :读到的数据
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{
u8 temp=0;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
//写操作是为了要把所要读的数据的存储地址先写进去，告诉E2PROM要读取哪个地址的数据。
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(ReadAddr%256); //发送低地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(0XA1); //进入接收模式
IIC_Wait_Ack();
temp=IIC_Read_Byte(0); //0表示不需要ACK应答，读完数据就完事儿了
IIC_Stop();//产生一个停止条件
return temp;
}
主函数 通过按键对AT24C02芯片利用IIC通信进行写或者读操作
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入24C02
{
LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write 24C02....");
AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"24C02 Write Finished!");//提示传送完成
}
if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示
{
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read 24C02.... ");
AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is: ");//提示传送完成
LCD_ShowString(30,190,400,16,16,datatemp);//显示读到的字符串
}
i++;
delay_ms(10);
if(i==20)
{
LED0=!LED0;//提示系统正在运行
i=0;
}
}
以上是我对IIC通信的粗略理解，参考了正点原子的标准库视频，这边推荐看普中51单片机视频中对IIC的经典讲解，有问题可以互相交流。谢谢！(视频均来自B站)
