【通信协议】I2C总线（一主多从）

news2024/11/18 12:09:48

目录

I2C简介

硬件电路

软件模拟初始化

基本单元

起始信号

停止信号

发送一个字节

接收一个字节

发送应答 

接收应答 

I2C基本单元代码

MyI2C.h

 MyI2C.c

完整数据帧

学习资料分享

本博客使用软件模拟的代码进行I2C总线​​​​​​（总线指多个设备共用的信号线）协议中一个主机和多个从机之间的通信。更多内容见博客末学习资料分享

I2C简介

I2C，全称为内部集成电路（Inter－Integrated Circuit）总线，是由Philips公司开发一种串行通信的总线协议，通常用于连接低速外设，允许将多个设备连接到一条总线上，主要解决了微控制器一对多通信的问题。

特点

  • 同步，半双工
  • 带数据应答
  • 支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）
  • 仅用两根通信线：SCL串行时钟线，SDA串行数据线
  • 仅用于短距离通信
  • 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，传输的最高速率取决于总线上最慢的设备。

由于芯片内建的电平稳定器（如施密特触发器或者结电容），芯片需要一段时间完成对总线电平的采样，所以IIC的速度不能太快。

I2C总线具有双向传输、系统集成、多设备共享等优点，但传输速度相对较低，时序要求严格且最长电缆长度有限等缺点。

主从机 

在一主多从的I2C下，主机为微控制器，从机为其他设备，例如：含有SCL,SDA引脚的OLED，MPU6050模块。

主机在 I2C 总线上启动所有通信，并为所有从设备提供时钟。

从机都有一个独立的（7位或10位）地址，主机可以通过地址选择来确定与谁进行通信

通信线

一个 I2C 总线只使用两条总线，一条双向串行数据线 (SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。

SCL总线：Serial Clock，串行时钟线，为数据收发提供必要的同步时钟

由主机产生，从机被动读取

SCL低电平，SDA 的数据无效，一般在这个时候 SDA 进行电平切换，为SCL高电平时做好准备

SCL高电平，发送端需要保持数据稳定，接收端读取一位数据

SDA总线：Serial Data，串行数据线，用于通讯，可表示通讯的开始，结束和数据的传输

在空闲状态下，主机可以主动发起对SDA的控制，只有在从机发送数据和从机应答（即主机接收数据和应答）的时候，主机才会转交SDA的控制权给从机

硬件电路

假如I2C总线设备SDA配置为推挽输出，某一时刻，如果有两个设备同时要发送数据，一个发送高电平，一个发送低电平。 

单片机I2C通信入门(上)：硬件部分有哪些注意点?_哔哩哔哩_bilibili

这条通路短路了，必定会有一个元器件烧毁，为避免这样事情发生，所以I2C总线对于设备的IO口，做了一些阉割，去掉了上面的MOS管，这样就不可能存在短路的情况了。不过这样设备只能输出低电平 ，不能输出高电平，为了输出高电平，采用上拉电阻拉高。 

禁止所有设备输出强上拉的高电平，采用外置弱上拉电阻加开漏输出的电路结构

总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 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。不管几个同时输出低电平，都是低电平。

I2C通讯设备间的常用连接方式

              I2C总线上设备的SCL与SDA

1.上拉电阻阻值一般为4.7KΩ左右。具体取决于总线的电容负载和通信距离

2.SCL虽然在一主多从模式下可以用推挽输出，但是它仍然采用了开漏加上拉输出的模式，因为在多主机模式下会利用到这个特征

3.开漏输出加上拉电阻，所以I2C信号的抗干扰能力是比较弱的，它只适合于，同一块电路板上的芯片之间进行通信，并不适合超过30厘米电路板之间的通信

软件模拟初始化

软件I2C的优势在于不需要特定的硬件支持，可以在任何支持GPIO功能的微控制器上实现。它利用了微控制器的通用IO引脚来实现I2C通信协议。

通过配置寄存器设置微控制器的GPIO为开漏输出模式

本篇博客以STM32为例

void MyI2C_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);  //高阻态，由总线上拉电阻拉高
}

void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
	Delay_us(10);
	return BitValue;
}

基本单元

I2C 的协议定义了空闲状态，通讯的起始和停止信号，数据传输，响应信号等基本单元

空闲状态：SCL与SDA均由外部上拉电阻拉高

起始信号

起始信号：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

空闲状态时，主机并不想进行通讯，所有I2C总线设备（包括主机）均为输入模式，SCL与SDA均由上拉电阻拉高。主机想要进行通讯，必须要有起始条件告诉从机，通讯的开始。

主机将 SDA（串行数据）拉低并使 SCL（串行时钟）保持高电平以启动地址帧。它提醒所有从机传输即将开始。

起始信号，从机在SCL高电平时接收数据，其接收到主机主导的SDA的下降沿（主机从输入模式下由上拉电阻产生的高电平变成开漏输出的低电平），代表主机为输出模式，要发数据了。之后主机将SCL拉低，准备更改SDA数据（SCL低电平发送端更改数据）。

//主机产生起始信号
void MyI2C_Start(void)
{
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}


/* MyI2C_W_SDA(1);
   MyI2C_W_SCL(1);
这两条代码在起始条件下可以不调用，但这里为了兼容指定位置读数据帧中，从机应答位后的重复起始条件
主机应先将SDA输出1（开漏输出模式时由上拉电阻拉高），再将主机主导的SCL置1（开漏输出模式时由上拉电阻拉高）.

从机应答位后给主机应答则SDA为0，不给应答SDA为1
如果先将SCL置1，主机再将SDA输出1，SCL高电平期间，SDA可能由0（从机给应答）置1（主机开漏输出模式时由上拉电阻拉高）误让从机收到结束信号
*/

停止信号

停止信号，从机在SCL高电平时接收数据，其接收到主机主导的SDA的上升沿（主机从开漏输出的低电平变成输入模式下由上拉电阻产生的高电平 ），代表主机为输入模式，不要发数据了，通讯结束。主机在发送停止信号后不能再向从设备发送任何数据，除非再次发送起始信号

停止信号：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

void MyI2C_Stop(void)
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);
}
/*
  MyI2C_W_SDA(0);
  停止信号之前SCL已经为低电平，SCL为低电平时，主机可以改变SDA数据。为停止信号做准备
*/

发送一个字节

SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行）

然后释放SCL（高电平），主机保持SDA没有数据变化，从机将在SCL高电平期间读取数据位，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

如果SCL高电平期间，SDA有数据变化，从机就会认为是起始或终止条件

 

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
         //SCL在发送字节的上个基本单元已经为0
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
		MyI2C_W_SCL(1);
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
}

接收一个字节

SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后主机释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA） 

如果SCL高电平期间，SDA有数据变化，主机就会认为是起始或终止条件

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t i, Byte = 0x00;
	MyI2C_W_SDA(1);//主机释放SDA
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SCL(1);
		if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
	return Byte;
}

 

发送应答 

I2C还提供了一种称为“ACK/NACK”（应答/非应答）的确认机制。如果一个设备接收到数据，它将通过在SDA线上拉低电平来发送一个应答信号以通知发送方数据已被接收。相反，如果数据被损坏或未接收，接收设备将发送非应答信号。（在SDA上保持高电平）。

每传输8个位，就会留下一个位用于监听，这个位由接受数据的芯片返回“是否应答成功”。

发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

发送应答了，从机就会再发一个字节；不应答，表示主机不想接收数据了，从机不发送，交出SDA控制权

应答信号

非应答信号

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
   //SCL在发送应答的上个基本单元已经为0
	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

接收应答 

主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答

主机在接收之前，需要释放SDA，释放SDA代表主机切换为输入模式 

uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{
	uint8_t AckBit;
	MyI2C_W_SDA(1);//主机释放SDA
	MyI2C_W_SCL(1);
	AckBit = MyI2C_R_SDA();
	MyI2C_W_SCL(0);
	return AckBit;
}

I2C基本单元代码

基本单元的模块代码

MyI2C.h

#ifndef __MYI2C_H
#define __MYI2C_H

void MyI2C_Init(void);
void MyI2C_Start(void);
void MyI2C_Stop(void);
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte);
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void);
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit);
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void);

#endif

 MyI2C.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
	Delay_us(10);
	return BitValue;
}

void MyI2C_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);
}

void MyI2C_Start(void)
{
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

void MyI2C_Stop(void)
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);
}

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
		MyI2C_W_SCL(1);
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
}

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t i, Byte = 0x00;
	MyI2C_W_SDA(1);
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SCL(1);
		if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
	return Byte;
}

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{
	uint8_t AckBit;
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	AckBit = MyI2C_R_SDA();
	MyI2C_W_SCL(0);
	return AckBit;
}

完整数据帧

待续。。。

学习资料分享

资料来源链接
嘉立创（文档）1. I2C协议 | 立创开发板技术文档中心 (lckfb.com)
myfreax（文档）I2C 通信协议详解 | myfreax
野火（文档）1. I2C — [野火]STM32模块例程介绍 文档 (embedfire.com)
江协科技（代码）[10-3] 软件I2C读写MPU6050_哔哩哔哩_bilibili
立功科技（手册）IIC总线协议105.doc (suda.edu.cn)

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/2052314.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

【Python机器学习系列】使用Hyperopt搜索随机森林分类模型最优超参数（案例+源码）

【Python机器学习系列】使用Hyperopt搜索随机森林分类模型最优超参数（案例+源码）

这是我的第342篇原创文章。 一、引言 Hyperopt是一个强大的python库&#xff0c;用于超参数优化&#xff0c;由jamesbergstra开发。Hyperopt使用贝叶斯优化的形式进行参数调整&#xff0c;允许你为给定模型获得最佳参数。它可以在大范围内优化具有数百个参数的模型。 在本节中…
阅读更多...
Vue3.0生命周期钩子（包含：Vue 2.0 和 Vue 3.0）

Vue3.0生命周期钩子（包含：Vue 2.0 和 Vue 3.0）

1、Vue 2.0 生命周期钩子 每个应用程序实例在创建时都有一系列的初始化步骤。例如&#xff0c;创建数据绑定、编译模板、将实例挂载到 DOM 并在数据变化时触发 DOM 更新、销毁实例等。在这个过程中会运行一些叫做生命周期钩子的函数&#xff0c;通过这些钩子函数可以定义业务逻…
阅读更多...
【STM32+HAL】巡逻打靶小车

【STM32+HAL】巡逻打靶小车

一、前言 作为电赛最爱出的小车和视觉题&#xff0c;将两者结合起来出题也是一个方向&#xff0c;故写下此文供学者参考&#xff0c;也作为备赛电赛的记录。 如有小伙伴想交流学习心得&#xff0c;欢迎加入群聊751950234&#xff0c;群内不定期更新代码&#xff0c;以及提供本…
阅读更多...
elasticsearch的高亮查询三种模式查询及可能存在的问题

elasticsearch的高亮查询三种模式查询及可能存在的问题

目录 高亮查询使用介绍 高亮参数 三种分析器 可能存在的查询问题 fvh查询时出现StringIndexOutOfBoundsException越界 检索高亮不正确 参考文档 高亮查询使用介绍 Elasticsearch 的高亮&#xff08;highlight&#xff09;可以从搜索结果中的一个或多个字段中获取突出显…
阅读更多...
python：霍夫变换检测直线

python：霍夫变换检测直线

霍夫变换检测直线 在Python中&#xff0c;可以使用OpenCV库来实现霍夫变换进行直线检测。 一、原理 1、霍夫变换(Hough Transform) 霍夫变换是图像处理中从图像中识别几何形状的基本方法之一&#xff0c;应用很广泛&#xff0c;也有很多改进算法。主要用来从图像中分离出具有…
阅读更多...
Linux中的锁

Linux中的锁

user2正在进行抢票: 4 user3正在进行抢票: 3 user1正在进行抢票: 2 user4正在进行抢票: 1 user2正在进行抢票: 0 user3正在进行抢票: -1 user1正在进行抢票: -2 int tickets10000; void* getTicket(void* args) {string usernamestatic_cast<const char*>(args);while(…
阅读更多...
【C++篇】迈入新世界的大门——初识C++（上篇）

【C++篇】迈入新世界的大门——初识C++（上篇）

文章目录 C发展历史C起源C版本更新C23小故事 C在工作领域的应用C参考网站及文档书籍编程语言排行榜C难度参考文档书籍参考文档参考书籍 C第一个程序命名空间为什么要使用namespacenamespace定义及规则命名空间使用 C输入&输出名字含义 缺省参数函数重载 C发展历史 C起源 …
阅读更多...
新手小白零基础，该怎样学习编程呢？零基础入门到精通，收藏这一篇就够了

新手小白零基础，该怎样学习编程呢？零基础入门到精通，收藏这一篇就够了

零基础编程入门先学什么&#xff1f;编程语言有几百种&#xff0c;我们应该怎么选择。想学习编程&#xff0c;加入互联网行业&#xff0c;哪一个更有前途&#xff1f;在小白学习编程会有各种各样的问题&#xff0c;今天小编我就来为你解答。 一、怎么选择编程语言 编程语言有很…
阅读更多...
geomagic怎么删除平面？geomagic怎么修模

geomagic怎么删除平面？geomagic怎么修模

在现代三维建模和3D打印技术的发展中&#xff0c;Geomagic作为一款专业的软件工具&#xff0c;广泛应用于逆向工程、产品设计和质量检测等领域。本文将详细介绍geomagic怎么删除平面&#xff1f;geomagic怎么修模&#xff0c;并探讨Geomagic的主要应用领域。通过这些内容&#…
阅读更多...
SAP_ABAP模块-批量导入货源清单

SAP_ABAP模块-批量导入货源清单

一、业务背景 有个朋友做ECC 6.0的项目&#xff0c;期初上线时&#xff0c;有一个需求是批量导入货源清单&#xff0c;我问了好几个朋友&#xff0c;加上自己以前的积累&#xff0c;硬是没有找到一个完全能用的程序&#xff0c;下面我来说一下我遇到的问题&#xff1b; 对货源清…
阅读更多...
【软件造价咨询】软件造价之全国各省市功能点单价分析

【软件造价咨询】软件造价之全国各省市功能点单价分析

在软件工程领域&#xff0c;功能点是衡量软件规模的一种单位&#xff0c;功能点分析是一种广泛使用的方法&#xff0c;用于估算软件项目的规模和成本。其中功能点单价是指每功能点的软件开发费用&#xff08;单位&#xff1a;元/功能点&#xff09;。 本篇文章通过调研了20多份…
阅读更多...
运维开发——局域网SSH访问服务器与应用

运维开发——局域网SSH访问服务器与应用

摘要 本博文主要介绍局域网SSH访问登陆虚拟机和及其应用相关配置操作。 1. 局域网SSH访问登陆虚拟机 目标&#xff1a;在局域网内A电脑使用SSH登陆B电脑上虚拟机的服务器。 前提条件:B电脑为宿主机&#xff0c;可以正常使用ssh访问虚拟机服务器&#xff0c;虚拟机网络连接方…
阅读更多...
【面试题】文本左右对齐

【面试题】文本左右对齐

文本左右对齐 学习 一、题目 这个问题是一个典型的文本排版问题。 二、解题思路 初始化&#xff1a;创建一个结果列表result来存储每一行的文本&#xff0c;以及一个临时列表current_line来存储当前正在构建的行的单词。 贪心算法填充&#xff1a;遍历words数组&#xff0c;…
阅读更多...
Linux：开发工具（2）

Linux：开发工具（2）

一、Linux编译器-gcc/g使用 1.1 为什么我们可以用C/C做开发呢&#xff1f; 无论是在windows、还是Linux中&#xff0c;C的开发环境不仅仅指的是vs、gcc、g&#xff0c;更重要的是语言本身的头文件&#xff08;函数的声明&#xff09;和库文件&#xff08;函数的实现&#xff0…
阅读更多...
WPF动画

WPF动画

补间动画&#xff1a;动画本质就是在一个时间段内对象尺寸、位移、旋转角度、缩放、颜色、透明度等属性值的连续变化。也包括图形变形的属性。时间、变化的对象、变化的值 工业应用场景&#xff1a;蚂蚁线、旋转、高度变化、指针偏移、小车 WPF动画与分类 特定对象处理动画过…
阅读更多...
本地项目上传github

本地项目上传github

一、先在github&#xff08;GitHub: Let’s build from here GitHub&#xff09;上创建仓库 1&#xff0c;登录github后&#xff0c;点击右上角头像&#xff0c;点击 Your repositories 2&#xff0c;点击new 3&#xff0c;填写仓库名&#xff0c;假设命名 testhub&#xff0…
阅读更多...
【机器学习】全景指南：从基础概念到实战流程的全面解析

【机器学习】全景指南：从基础概念到实战流程的全面解析

文章目录 1.引言1.1机器学习的重要性1.2机器学习的应用范围1.3本文的内容结构 2. 机器学习的基本概念与分类2.1 机器学习的定义2.2 机器学习的分类 4. 强化学习&#xff08;Reinforcement Learning&#xff09; 3. 机器学习的工作流程3.1 数据收集与准备1. 数据源与类型2. 数据…
阅读更多...
win10怎么查看CPU多核占用率

win10怎么查看CPU多核占用率

想要看自己有几个CPU处理器&#xff0c;可以在设备管理器里查看&#xff1a; 查看多核占用率&#xff0c;搜索任务管理器&#xff0c;然后打开&#xff0c;任务管理器——性能——CPU 右下角就可以看到我的是1个CPU&#xff0c;6个内核&#xff0c;12线程 想要看每个CPU占用…
阅读更多...
Unity3D 自定义窗口

Unity3D 自定义窗口

Unity3D 自定义窗口的实现。 自定义窗口 Unity3D 可以通过编写代码&#xff0c;扩展编辑器的菜单栏和窗口。 简单的功能可以直接一个菜单按钮实现&#xff0c;复杂的功能就需要绘制一个窗口展示更多的信息。 编辑器扩展的脚本&#xff0c;需要放在 Editor 文件夹中。 菜单栏…
阅读更多...
用Python爬取高德地图路径规划数据——01. 指定起终点爬取-Python程序及详解

用Python爬取高德地图路径规划数据——01. 指定起终点爬取-Python程序及详解

这个Python程序旨在从高德地图API获取路径规划数据&#xff0c;解析这些数据&#xff0c;并最终将其保存到JSON和CSV文件中。下面&#xff0c;我将详细讲解每个部分的功能和实现方式。 1. 导入所需的模块 import requests import json import time import csvrequests: 用于发…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023