概述

????IIC（Inter-Integrated Circuit）其實是IICBus簡稱，所以中文應該叫集成電路總線，它是一種串行通信總線，使用多主從架構，由飛利浦公司在1980年代為了讓主板、嵌入式系統(tǒng)或手機用以連接低速周邊設備而發(fā)展。I2C的正確讀法為“I平方C”（"I-squared-C"），而“I二C”（"I-two-C"）則是另一種錯誤但被廣泛使用的讀法。自2006年10月1日起，使用I2C協(xié)議已經不需要支付專利費，但制造商仍然需要付費以獲取I2C從屬設備地址。

接口

????I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設備上的串行數據SDA都接到總線的SDA上，各設備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。

• SCL - 串行時鐘線?

• SDA - 串行數據線
  

????為了避免總線信號的混亂，要求各設備連接到總線的輸出端時必須是漏極開路（OD）輸出或集電極開路（OC）輸出。設備上的串行數據線SDA接口電路應該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數據，輸入電路用于接收總線上的數據。而串行時鐘線也應是雙向的，作為控制總線數據傳送的主機，一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時候發(fā)送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的SCL信號發(fā)出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號以延長總線時鐘信號周期?？偩€空閑時，因各設備都是開漏輸出，上拉電阻Rp使SDA和SCL線都保持高電平。任一設備輸出的低電平都將使相應的總線信號線變低，也就是說：各設備的SDA是“與”關系，SCL也是“與”關系。

????因此SDA和SCL 可以被拉低為低電平，但是不能被驅動為高電平，所以每條線上都要使用一個上拉電阻，默認情況下將其保持在高電平。

????IIC 總線上數據的傳輸速率在標準模式下可達 100kbit/s 在快速模式下可達 400kbit/s 在高速模式下可達 3.4Mbit/s。

通信協(xié)議

????SDA 線上的數據必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數據線的高或低電平狀態(tài)只有在 SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變。

空閑狀態(tài)

????SDA為高電平，SCL為高電平。

起始狀態(tài)

????其中一種情況是在 SCL 線是高電平時 SDA 線從高電平向低電平切換，產生一個，這個情況表示起始條件。

結束狀態(tài)

????當 SCL 是高電平時 SDA 線由低電平向高電平切換，產生一個，這個情況表示停止條件。

傳輸數據

• 器件地址位：由于IIC總線上可能掛載著多臺設備，所以主設備在傳輸有效數據之前要先指定從設備的地址，大多數從設備的地址是7位的，還有部分設備支持10位尋址，主設備如果需要向從機發(fā)送/接收數據，首先要發(fā)送對應從機的地址，然后會匹配總線上掛載的從機的地址。將數據發(fā)送至SDA數據線上即可。

• 讀寫位：緊接著的第 8 位是數據方向位(R/ W) ----'0’表示發(fā)送（寫），'1’表示請求數據（讀）。

• 應答信號位

• 主設備每發(fā)送完8bit數據后等待從設備的ACK。

• 即在第9個clock，若從設備發(fā)ACK，SDA會被拉低。

• 若沒有ACK，SDA會被置高，這會引起主設備發(fā)生RESTART或STOP流程，當ACK=0時為有效應答位，說明從機已經成功接收到該字節(jié)，若為1則說明接受不成功。

• 數據地址位：當找到往哪個設備寫數據之后，就開始尋址往這個設備的特定地址寫數據，和上述的發(fā)送器件地址一樣，直接將地址數據發(fā)送至SDA線即可。

• 數據位：發(fā)送到 SDA 線上的每個字節(jié)必須為8位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數量不受限制，每個字節(jié)后必須跟一個響應位，首先傳輸的是數據的最高位 (MSB) 。

示例

????設置器件地址為0x78(0111 1000)，數據地址為0x40(0100 0000)，寫入數據0xAA(1010 1010)。

????查看HAL_I2C_Mem_Write說明可以得知，目標設備地址在調用接口之前，數據表中設備的7位地址值必須左移；即發(fā)送到從設備的數據已經右移了一位，所以0x78(0111 1000)右移一位變成0x3c(011 1100)。

????通過示波器抓取的波形如下所示。

• 在空閑狀態(tài)，SDA和SCL都是處于高電平狀態(tài)。

• 在起始狀態(tài)，SDA先產生一個下降沿，之后SCL也出現一個下降沿，此時數據傳輸開始。

• 在傳輸狀態(tài)，由于傳輸速率為100kbit/s，故SCL時鐘的切換時間為5us，一個周期為10us；當SCL為1的時候，SDA不會發(fā)生改變，故檢測SDA信號線的數據，當為低電平則為0，高電平則為1.

• 在讀寫狀態(tài)，當SDA數據為0的時候，為寫狀態(tài)。

• 在應答狀態(tài)，當SDA數據為0的時候，為應答狀態(tài)。

????上述為成功傳輸的例子，若不成功傳輸，設置器件地址為0x77(0111 0111)，數據地址為0x40(0100 0000)，寫入數據0xAA(1010 1010)。

????由于地址位0x77(0111 0111)右移一位，故發(fā)送出去的為0x3B(011 1011),通過示波器抓取的波形如下所示。

• 在應答狀態(tài)，由于沒有連接0x77地址（實際發(fā)送為0x3B）的設備，當SDA數據為1的時候，為非應答狀態(tài)，之后進入復位或者停止。