前言

在嵌入式底层系统中，常见的通讯方式，串口，IIC，SPI，IIS等，一般IIC,SPI,IIS更多的采取IO模拟，其余CAN,UART均是硬件设计直接支持，而IIC主要用于多数传感器数据的读写，IIS更多用于语音驱动，SPI则用于传输要求较快的场景，如图像传输等，本文则着重阐述作者认知中的IIC，以及相关的实例和实际过程中的细微处理等，有机会和时间再慢慢写其他。

硬件设计注意

一般来说IIC主要有两根主要的线，SDA和SCL（去除电源相关的VCC和GND），硬件设计过程中SDA和SCL注意做上拉处理，电阻的选值在一定基础上也会影响到整体的通讯速率。

IIC的基础规则

1.基本约定
（1）总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下．主机负责产生定时时钟和终止数据传送。
（2）通常来说IIC设备一般会存在一个设备编号，用于区分相关的设备，占7个bit，最后一个bit作为此次操作的读写处理位，最后一个bit为0表示写，为1表示读取（此处顺序是从高数据到低数据算的），例如51H—>0101 0001，当我们要写入数据的时候需要传输1010 0010 也就是A2H数据。
（3）发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位，每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必须跟一个响应位。首先传输的是数据的最高位（MSB），如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继续。
（4）规定，只允许SCL为高的时候,SDA的数据有效传输，也就是说我们在SCL为低的时候修改SDA的电平去表示你要传输的bit电平，修改稳定后我们将SCL拉高，另一个设备读取到SCL高的时候会去采样SDA的电平，注意这里的措辞是稳定，根据选型的芯片和通讯要求等，一般会做一定的延时，具体可以看相关的设备的手册。
（5）IIC是一个半双工，这是由其数据性决定的，SDA作为数据的主要传输线路，不可能同时传输两端数据。

2.IIC的基本传输流程
IIC根据SCL和SDA的线路情况将通讯的状态分为以下几种，空闲状态（IDLE状态），起始信号（START信号），确认信号（ACK/NACK），停止信号（STOP信号），相对实际通讯过程中，我们会多加几个通讯流程，数据传输阶段，等待确认信号。

3.相关传输流程的SCL和SDA的处理
以下会做一个简单的通讯过程的说明，以程序设计流程为示例，注意以下过程修改引脚的时候注意电平转换一般需要延时时间
空闲态：一开始没有数据传输的过程中会处于空闲态，SDA=SCL=1,两者均保持高电平，从一种角度上来说为什么建议加上拉，从抗干扰层次说也是，如果做键盘扫描没有加上拉的话，可能会体会更深，从软件上来说浮空就是1，但是实际上要从EDA设计角度来说，一般会认为是X，未知态。

起始信号：SCL=1,SDA-=1>SDA=0，当SCL为高的时候SDA由高为低，下降沿，从设计的角度来说，数据的传输必然是起始开始的，之所以设定在SCL高的时候，让SDA为0表示起始信号，个人理解是这样是设计让数据变化更快，只需要更改一根线的电平，可以参考格雷码的存在意义，起始信号一般是空闲态转后的状态。

数据传输：第一个传输的是地址+读写标志位组成的8bit数据，当起始信号的存在被检测后，将SCL=0，然后修改对应的SDA，认为SDA引脚稳定表达你想要的逻辑电平后，SCL=1，另一个设备检测到SCL为1后会开启采样，给予另一个设备足够的采样时间采用SDA，这样就完成1bit的传输。

ACK/NACK：当完成如上的8个bit数据传输后，设备会等待接收到数据的响应信号，当接收到数据的设备已经发完或者异常情况（常见的异常，请见下面补充），或者没有传输完成则会表示ACK让你进行下一步操作，告诉你已经做完一个数据步骤，ACK：SCL高电平时，SDA为低电平，NACK：SCL高电平时，SDA为高电平，按照个人理解的话，常见的程序存在两种，一种是不管直接进行下一个步骤就进行ACK判断，一种是会将释放SDA的控制，SCL=0,SDA=1,SCL=1，让另一个设备去拉低SDA来排除最后一个字节发送为0的时候的区分，作为等待ACK或者NACK的程序设计，NACK和空闲的状态表示一样。

停止信号：SCL=1,SDA=0–>SDA=1在SCL为高电平时，SDA上升沿。以停止信号作为整个程序的指令的结束。

具体事例流程说明

上图是VCNL4200传感器的协议流程图，采取的官方数据手册，白色是主设备做的，深色是VCNL做的。
1.先初始化IO口，对于我们来说SCL必然是我们一直控制的，做为主设备，设置输出，也可以将SDA=1做为输出，进入空闲态。
2.如图的第一个表示的是写数据，开始信号，由空闲进入开始，开始信号的要求是SCL的时候SDA一个下降沿，我们可以直接将SDA拉低即可。
3.传输数据地址，VCNL4200的地址是51H，通过上面的示例得到，我们写的时候变成了A2H，将SCL拉低，然后SDA拉高，后再将SCL拉高，如此处理8个bit。
4.进入等待阶段ACK阶段，按照上面的两种方式中的一种即可
5.后面同2-4，知道P阶段，先在SCL为低的情况下，拉低SDA，然后将SCL=1,SDA=1，产生一个上升沿作为结束。
6.对于读取来说，不一样的就是从设备读取的过程，在这个过程中仍然是主设备控制SCL，我们会释放SDA，将SCL拉低，给予从设备一段时间，然后其去修改SDA的电平，然后我们读取SDA的逻辑电平，用于表示读取到的bit数据，在读取到8bit数据后给予ACK或者NACK反应。

补充：
通讯过程中出现以下情况，总线上会出现NACK信号：

1）接收方忙于其他事情，不能接收数据

2）接收方不能理解收到的数据或者没有空间存储数据

3）主机读取数据完成，返回NACK告知从机读取完成。