【I²C协议】STC89C51单片机IIC通信（代码+原理）

news2024/9/21 16:48:33

STC89C51单片机IIC通信

什么是I²C协议
- 特点
- 构成
通信协议
- 开始信号、结束信号、应答信号
- 数据传输
代码示例

什么是I²C协议

IIC,即I²C，全称 Inter-Integrated Circuit，字面上的意思是集成电路之间，它其实是I²C Bus简称，所以中文应该叫集成电路总线，是由PHILIPS公司在80年代开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。IIC属于半双工同步通信方式。

特点

简单性和有效性

由于接口直接在组件之上，因此IIC总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件

多主控(multimastering)

其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

在这里插入图片描述

构成

IIC串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL，其时钟信号是由主控器件产生。所有接到IIC总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。对于并联在一条总线上的每个IC都有唯一的地址。
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通信协议

IIC总线在传输数据的过程中一共有三种类型信号，分别为：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号、结束信号、应答信号

要通信，总得先发个开始信号吧。就像你要和别人说话，总要先喊他一声一样。
如下图所示，
协议规定，当SCLK时钟信号一直处于高电平状态时，SDA线由高电平跳变到低电平这个动作，表示起始信号。注意此时就算SDA数据线的电平跳变完，SCLK线依然是高电平哦。
当连接在IIC总线上的外设模块检测到这个信号时，就知道数据要开始传输了。对于结束信号同理，协议规定，当SCLK时钟信号一直处于高电平状态时，SDA线由低电平跳变到高电平这个动作，表示结束信号。
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应答信号：发送器每发送一个字节（8个bit），就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK，简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。
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数据传输

协议规定，在数据的传输过程中，SCLK为高电平时，外设模块开始采集SDA数据线上的数据，此时要求SDA数据线上的电平状态必须稳定（不然鬼知道这一位数据是0还是1），当SCLK为低电平时才允许SDA线上的数据跳变成另外一种状态。

引用别人，感觉讲的很好
现在，我想传输1bit数据，该位数据为1，从上文知道，我们在发完开始信号之后，此时SDA数据线的电平状态为低电平，SCLK信号依然是高电平。难道这个时候外设就要开始读取数据了吗？这显然不是的，从发完开始信号到真正的数据传输之间，会有一段缓冲时间，让我们去准备数据，在准备数据阶段，先将SCLK信号拉低一段时间，在这期间将SDA数据线拉高一段时间（即数据1），然后再将SCLK信号拉高，此时这个时钟信号的高电平被外设检测到的话，外设就知道要读取数据了，从而SDA上的数据就会被外设读到了。依次类推，传输下一位数据。
在这里插入图片描述
在主机传完一个字节的数据之后，就应该释放总线（协议规定，当SDA和SCLK同时为高时，表示空闲状态）然后把SDA数据线连接的IO口从输出模式转换成输入模式，这样才能拿到SDA数据线上的应答信号。这样，一个字节的数据就从主机到外设传输完毕了。

器件地址 在模块手册上会有注明

代码示例

使用STC89C51单片机

#include "reg52.h"
#include "intrins.h"

sbit scl = P0^1;
sbit sda = P0^3;

void IIC_Start()
{
	sda = 1;
	scl = 1;
	_nop_();
	sda = 0;
	_nop_();
}

void IIC_Stop()
{
	sda = 0;
	scl = 1;
	_nop_();
	sda = 1;
	_nop_();
}

char IIC_ACK()
{
	char flag;
	sda = 1;//就在时钟脉冲9期间释放数据线
	_nop_();
	scl = 1;
	_nop_();
	flag = sda;
	_nop_();
	scl = 0;
	_nop_();
	
	return flag;
}

void IIC_Send_Byte(char dataSend)
{
	int i;
	
	for(i = 0;i<8;i++){
		scl = 0;//scl拉低，让sda做好数据准备
		sda = dataSend & 0x80;//1000 0000获得dataSend的最高位，给sda
		_nop_();//发送数据建立时间
		scl = 1;//scl拉高开始发送
		_nop_();//数据发送时间
		scl = 0;//发送完毕拉低
		_nop_();//
		dataSend = dataSend << 1;
	}
}


void main()
{
		int a = 10;
	
		IIC_Start();

}