stm32 模拟I2C

news2025/2/26 3:52:26

简介

I2C 物理层

协议层

①②：起始信号和结束信号

③ 应答和非应答信号

④数据有效性

⑤数据传输

⑥空闲状态

简介

I2C 物理层

一个 I2C 总线两条线组成，一个双向串行数据线SDA用来表示数据，一个串行时钟线SCL用于数据收发同步

“总线”指多个设备共用的信号线，在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机

多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线

每个连接到总线的设备（主、从机）都有一个独立的地址，主机可通过该地址来访问不同设备

总线通过上拉电阻接到电源，当挂在I2C中某设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平

具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式，一般用快速模式

因为I²C协议比较简单，常常用GPIO来模拟I²C时序，这种方法称为模拟I²C。如果使用MCU的I²C控制器，设置好I²C控制器, I²C控制器就自动实现协议时序，这种方式称为硬件I²C。因为I²C设备的速率比较低，通常两种方式都可以，模拟I²C方便移植，硬件I²C工作效率相对较高

协议层

协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环
节，这里主要讲起始、停止信号、发送、接收、应答、数据有效性、地址及数据

①②：起始信号和结束信号

起始 (S) 和停止 (P) 信号是两种特殊的状态，表示开始通信和停止通信。当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始；当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

/*起始信号: 初始SCL\SDA 为高,然后SDA\SCL由高拉低开始，H高L低*/
void i2c_start(void)
{
    SDA_H();
    delay();
    SCL_H();
    delay();
/*必须先拉低SDA再拉低SCL*/
    SDA_L();
    delay();
    SCL_L();
    delay();
}

/*停止信号：初始 SCL 为高,然后SDA由低拉高结束*/
void i2c_stop(void)
{
    SDA_L();
    delay();
    SCL_H();
    delay();
    SDA_H();
    delay();
}

③ 应答和非应答信号

I²C每次传输的8位数据后需要从机反馈一个应答位，以确认从机是否正常接收了数据。应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK 简称应答位）；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK）。当设备 (无论主从机) 接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继
续发送数据，则需要向对方发送“应答 (ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端
希望结束数据传输，则向对方发送“非应答 (NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个
停止信号，结束信号传输。

在第 9 个时钟时，数据发送端会释放 SDA 的控制权，由数据接收端控制SDA，若 SDA 为高电平，表示非应答信号 (NACK)，低电平表示应答信号 (ACK)

/*I2C发出应答/非应答信号*/
void i2c_ack(uint8_t AckBit)
{
    if(1 == AckBit)
        SDA_H();/*表示不应答*/
    else
        SDA_L();/*表示应答*/
    delay();
    SCL_H();/*读取应答*/
    delay();
    SCL_L();
    delay();
}

④数据有效性

SDA为高电平表示“ 1”，低电平表示“0”；SCL为高电平时表示有效数据（读取SDA数据），为低电平时表示无效数据，等SDA会进行电平切换（可能是1可能是0），为下次数据表示做准备。

⑤数据传输

在 SCL 串行时钟的配合下，在SDA 上逐位地串行传送每一位数据

I2C 总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过 SDA 信号线发送设备地址来查找从机，设备地址一般是7 位的地址应用比较广泛。地址之后紧跟的一个数据位用来表示数据传输方向，数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据；发送完之后从机就会等待主机的应答信号。

/*发送一个字节，data: 要发送的数据*/
void send_byte( unsigned char data)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        if(data & (0x80 >> i))/*每次移位获取对应的数据位判断SDA是发0还是发1*/
        {
            SDA_H();/*拉高，发1*/
        }
        else{
            SDA_L();/*拉低，发0*/
        }
       
        SCL_H();/*读取数据*/
        delay();   
        SCL_L();
        delay();     
    }

}

/*I2C读出一个字节*/
unsigned char iic_read_byte(void)
{
    unsigned char i,data = 0x00;
    SDA_H();
    delay();
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        SCL_H();/*拉高开始读取数据*/
        delay();
        /*使用库函数去读取SDA的GPIO引脚电平，通过返回值进入循环*/
        if(/*读取SDA的电平 == 1*/)
        {
            data |= (0x80 >> i);/*通过读取电平进行置1*/
        }/*如果是0就不用进入if语句，因为data初始位0000 0000，通过上面对对应的位置1即可*/
        SCL_L();/*等待读取数据*/
        dalay();
    }

    return data;
}

/*I2C等待从机的应答信号,应答信号SDA为低*/
uint8_t i2c_wait_ack(void)
{
    unsigned char  wait_time=0;
    /*发送完数据等待应答信号的状态*/
    SDA_H();/*释放SDA,让发送应答信号方控制*/
    delay();
    SCL_H();/*开始读出SDA*/
    delay();
    while(/*使用库函数去读取SDA的GPIO引脚电平，通过返回值进入循环*/)/*等待应答*/
    {
        /*如果读取引脚电平为高，即1，表示不应答*/
        wait_time++;/*等待时间*/
        if(wait_time > 250)
        {
            /*认为从机没有发送应答信号*/
            SCL_L();
            return 1;/*表示接收失败*/
        }
        
    }
    /*没进入循环，表示SDA拉低了，表示应答*/
    SCL_L();
    return 0；
}