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IIC协议总结

2023-05-16
这篇总结下IIC协议
简介
  • IIC，Inter-Integrated Circuit，集成电路总线，需要2根线连接拓扑，是半双工，适用于"字节型"设备。
特点
  • 拓扑如下：
    在这里插入图片描述
    SDA — 串行数据线
    SCL — 串行时钟线
  • 通讯速率标准模式下100kb/s，快速模式下400kb/s
  • 连接到总线的IC最大负载电容400pf
  • 需要上拉电阻
    原因：
    - 总线空闲时要求是高电平
    • IIC的数据线SDA是开漏的，无法输出高电平，只能输出低电平
    • 起到保护作用，如果某个器件拉低，并且不接上拉电阻就电源-地短路了
    • 对于不明确负载，IC不能很大的保证输出功率，接上拉电阻则负载所需功率由电源提供，保护IC
  • 上拉电阻选取见下面这篇文章关于IIC的上拉电阻
时序
  • 开始信号、结束信号
    在SCL为高电平时，SDA由高跳变到低时开始信号
    在SCL为高电平时，SDA由低跳变到高时开始信号
  • 有效数据
    传输有效数据时SDA只能在SCL为低时发生变化，SCL为高时要保持不变，否则就成的开始结束信号
  • 应答、非应答
    主机每发生一个字节数据，主机总是需要等待从机给主机反馈一个应答或者非应答信号，确保数据是否接收。在SCL第9个脉冲时之前把SDA设置为输入，检测SDA，为低是应答信号，为高则是非应答信号。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    下面是用IO模拟的iic
#include "myiic.h"

uint16_t SlaveAddr;   //设备地址
uint8_t  SlaveAddrLen=1;//设备地址字节数
uint16_t SubAddr;     //片内地址
uint8_t  SubAddrLen=2;  //片内地址字节数
uint8_t IICReadBuf[IIC_SIZE]={0}; //从IIC读到IICLen个数据缓存
uint8_t IICWriteBuf[IIC_SIZE]={0};//待写入IICLen个数据缓存
uint16_t IICLen; //IIC操作长度

//IO方向设置  
void SDA_IN(void) 
{	
	GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = IIC_SDA_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	GPIO_Init(IIC_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}

void SDA_OUT(void)
{	
	GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = IIC_SDA_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
	GPIO_Init(IIC_GPIO, &GPIO_InitStructure);
}

//初始化IIC 
//PA9-->IIC_SCL PA10-->IIC_SDA  
void IIC_Init(void)
{				     
	GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
	
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
	
  /* Configure PA9 and PA10 in output pushpull mode */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  GPIO_Init(IIC_GPIO, &GPIO_InitStructure);	
	
	IIC_SCL_H;
	IIC_SDA_H;
}

void IIC_close(void)
{				     
	GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
	
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
	
  /* Configure PA9 and PA10 in output pushpull mode */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  GPIO_Init(IIC_GPIO, &GPIO_InitStructure);	
	
	IIC_SCL_H;
	IIC_SDA_H;
}

//产生IIC起始信号
uint8_t IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA_H;	  	  
	IIC_SCL_H;
	delay_us(5);
	if(!READ_SDA) return 1; //SDA线为低电平则总线忙,退出
 	IIC_SDA_L;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(5);
	if(READ_SDA) return 1; //SDA线为高电平则总线出错,退出
	IIC_SCL_L;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
	return 0;
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL_L;
	IIC_SDA_L;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(5);
	IIC_SCL_H; 
	delay_us(5);			
	IIC_SDA_H;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(5);							   	
}
//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
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{
	uint8_t ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA_H;delay_us(1);	   
	IIC_SCL_H;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
				delay_us(1);
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL_L;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 

//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL_L;
	SDA_OUT();
	delay_us(3);
	IIC_SDA_L;
	delay_us(3);
	IIC_SCL_H;
	delay_us(3);
	IIC_SCL_L;
	delay_us(3);
}
//产生NACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL_L;
	SDA_OUT();
	delay_us(3);
	IIC_SDA_H;
	delay_us(3);
	IIC_SCL_H;
	delay_us(3);
	IIC_SCL_L;
	delay_us(3);
}		
	
//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(uint8_t txd)
{                        
    uint8_t t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL_L;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        if(((txd&0x80)>>7)){IIC_SDA_H;}
			  else {IIC_SDA_L;}
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
		IIC_SCL_H;
		delay_us(4); 
		IIC_SCL_L;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//读1个字节，ack=0时，发送ACK，ack=1，发送nACK   
uint8_t IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
	IIC_SCL_L; 
  for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL_L; 
        delay_us(4);
		IIC_SCL_H;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(4); //delay_us(1); 
  }					 
    if (!ack)
        IIC_Ack();//发送ACK
    else
        IIC_NAck(); //发送NACK   
    return receive;
}



uint8_t IIC_WriteDate(uint8_t SlaveAddr,uint16_t SubAddr,uint8_t *pWriteData,uint16_t Len)
{
	 uint16_t i=0;
	
	 IIC_Start();
	
	 if(SlaveAddrLen==2)
	 {
	 IIC_Send_Byte(((SlaveAddr&0xFF00)>>8));
	 if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
	 delay_us(30);		 
	 }		 
	 IIC_Send_Byte(SlaveAddr&0x00FE);
	 if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
	 delay_us(30);
	
	
	 if(SubAddrLen==2)
	 {
	  IIC_Send_Byte(((SubAddr&0xFF00)>>8));
    if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
    delay_us(30);
	 }	 
	 IIC_Send_Byte((SubAddr&0x00FF));
   if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
	 delay_us(30);
	 
	 
	 for(i=0;i<Len;i++)
	 {
		IIC_Send_Byte((pWriteData[i]));
		if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
		  delay_us(30);
	 }
	 IIC_Stop();
	 return 0;		  
}

uint8_t IIC_ReadDate(uint8_t SlaveAddr,uint16_t SubAddr,uint8_t *pReadData,uint16_t Len)
{
	   uint8_t i=0;
	  
	   if(IIC_Start()==1)  return 1;    //Start
	
		 if(SlaveAddrLen==2)
		 {
		 IIC_Send_Byte(((SlaveAddr&0xFF00)>>8));
		 if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
		 delay_us(30);		 //30us
		 }		 
		 IIC_Send_Byte(SlaveAddr&0x00FE);
		 if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
		 delay_us(30);
	
	  if(SubAddrLen==2)
	  {
	    IIC_Send_Byte(((SubAddr&0xFF00)>>8));
      if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;		
			delay_us(30);
	  }		
	  IIC_Send_Byte((SubAddr&0x00FF));
    if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
		delay_us(30);
		
		IIC_Start();
		
		if(SlaveAddrLen==2)
		{
		IIC_Send_Byte(((SlaveAddr&0xFF00)>>8));
		if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
		delay_us(30);		 
		}		 
		IIC_Send_Byte(((SlaveAddr&0x00FE)|0x01));
		if(IIC_Wait_Ack()==1) return 1;	
		delay_us(30);
		
		for(i=0;i<(Len-1);i++)
		{
		   pReadData[i]=IIC_Read_Byte(0);
			 delay_us(30);
		}
		pReadData[Len-1]=IIC_Read_Byte(1);
		delay_us(30);
		IIC_Stop();
	  return 0;				
}

uint8_t IIC_StateCheck(uint8_t SlaveAddr)
{
	  if(IIC_Start()==1){IIC_Stop();return 1;}
	
		if(SlaveAddrLen==2)
		{
		IIC_Send_Byte(((SlaveAddr&0xFF00)>>8));
		if(IIC_Wait_Ack()==1) {IIC_Stop(); return 1;}	
		delay_us(30);		 
		}		 
		IIC_Send_Byte(SlaveAddr&0x00FE);
		if(IIC_Wait_Ack()==1) {IIC_Stop(); return 1;}	
		delay_us(30); 

    IIC_Stop();
	  return 0;	
}

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H

#include "stm32f0xx.h"
#include "delay.h"

//PA9-->IIC_SCL PA10-->IIC_SDA  
#define IIC_GPIO GPIOA
#define IIC_SCL_PIN GPIO_Pin_9
#define IIC_SDA_PIN GPIO_Pin_10
#define IIC_SIZE 128

extern uint16_t SlaveAddr;   //设备地址
extern uint8_t  SlaveAddrLen;//设备地址字节数
extern uint16_t SubAddr;     //片内地址
extern uint8_t  SubAddrLen;  //片内地址字节数

extern uint8_t IICReadBuf[IIC_SIZE]; //从IIC读到IICLen个数据缓存
extern uint8_t IICWriteBuf[IIC_SIZE];//待写入IICLen个数据缓存
extern uint16_t IICLen; //IIC操作长度

//IO操作函数	 IIC_SCL_H
#define IIC_SCL_L  GPIO_WriteBit(IIC_GPIO,IIC_SCL_PIN,(BitAction)0) //SCL
#define IIC_SCL_H  GPIO_WriteBit(IIC_GPIO,IIC_SCL_PIN,(BitAction)1)
#define IIC_SDA_L  GPIO_WriteBit(IIC_GPIO,IIC_SDA_PIN,(BitAction)0) //SDA	
#define IIC_SDA_H  GPIO_WriteBit(IIC_GPIO,IIC_SDA_PIN,(BitAction)1)
#define READ_SDA   GPIO_ReadInputDataBit(IIC_GPIO, IIC_SDA_PIN)  //输入SDA 
#define READ_SCL   GPIO_ReadInputDataBit(IIC_GPIO, IIC_SCL_PIN)) //输入SCL

//IIC所有操作函数

void IIC_Init(void);                           //初始化IIC的IO口				 
uint8_t IIC_Start(void);				         //发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void);	  			             //发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(uint8_t txd);			     //IIC发送一个字节
uint8_t IIC_Read_Byte(unsigned char ack);      //IIC读取一个字节
uint8_t IIC_Wait_Ack(void); 				     //IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void);					         //IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void);				             //IIC不发送ACK信号
uint8_t IIC_StateCheck(uint8_t SlaveAddr);

 
uint8_t IIC_WriteDate(uint8_t SlaveAddr,uint16_t SubAddr,uint8_t *pWriteData,uint16_t Len);
uint8_t IIC_ReadDate(uint8_t SlaveAddr,uint16_t SubAddr,uint8_t *pReadData,uint16_t Len);

#endif
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