IIC协议详解

软件模拟IIC程序代码详解

概述：
　　通过stm32模拟IIC协议读取传感器86BSD压力传感器的压力值和温度值数据，利用通信波形来深入理解IIC协议。
　　MCU-STM32F103，从设备地址0x28，利用逻辑分析仪进行波形分析。

1.IIC协议简介

I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

1.1 IIC接口介绍

1.2 IIC总线特征

2. IIC总线协议详解

● IIC总线协议的构成
　　IIC总线协议构成主要构成如下图所示：
　　
　　用逻辑分析仪捕捉的传输2Byte数据的IIC协议如下图所示：
下面依次分解。

2.1 起始条件

总线上必须以一个起始条件作为数据传输的起点，当SCL为高电平时，SDA由高电平变为低电平时为起始条件，如下图所示。

说明：起始信号和停止信号总是由主设备发出的。

2.2 从设备地址+R/W位

之前介绍过每个连接到IIC总线上的器件都有唯一的地址，主设备要想与从设备通信就必须先校验从设备地址，7bit从设备地址+1bit读/写位共同构成了1Byte的数据，这1Byte数据在起始条件之后，并在SCL的8个周期内将其放置在了SDA数据线上，如下图所示。

　　★★★注意：8bit地址数据的D0位位读/写位，D0为1时为主设备向从设备读模式，D0为0时为主设备向从设备写模式，上图中可以看出从设备地址为0x51(0101_0001)，实际上该传感器设备的出厂地址为0x28(0010_1000),由此看出D7-D1为设备的出厂地址D0为1，所以此时的模式是向传感器读取数据，同时观察逻辑分析仪第三通道同样识别为Read模式。

2.3 ACK应答

2.4 数据传输

2.5 停止条件

总线上必须以一个停止条件作为数据传输的终点，当SCL为高电平时，SDA由低电平变为高电平时为停止条件，如下图所示。

说明：起始信号和停止信号总是由主设备发出的。

3.利用软件模拟IIC协议读取传感器内部的数据

3.1 起始条件

代码：

void I2C_START(void) { 
     /* 当SCL高电平时，SDA出现一个下降沿表示I2C总线启动信号 */ I2C_SDA_H; I2C_SCL_H; i2c_Delay(); I2C_SDA_L;//SDA先产生下降沿 i2c_Delay(); I2C_SCL_L; i2c_Delay(); } 

3.2 停止条件

void I2C_STOP(void) { 
     /* 当SCL高电平时，SDA出现一个上升沿表示I2C总线停止信号 */ I2C_SDA_L; I2C_SCL_H; i2c_Delay(); I2C_SDA_H;//SDA先产生上升沿 } 

3.3 主设备等待来自从设备的应答

//返回值：1：接收应答失败，0：接收应答成功 uint8_t I2C_Wait_Ack(void) { 
     uint8_t re; I2C_SDA_H; /* CPU释放SDA总线 */ i2c_Delay(); I2C_SCL_H; /* CPU驱动SCL = 1, 此时器件会返回ACK应答 */ i2c_Delay(); if (I2C_SDA_STATE !=0) /* CPU读取SDA口线状态 */ { 
     re = 1; } else { 
     re = 0;//从设备主动将SDA拉低，则接收到应答 } I2C_SCL_L; i2c_Delay(); return re; } 

3.4 主设备应答

代码：

void I2C_ACK(void) { 
     I2C_SDA_L; /* CPU驱动SDA = 0 */ i2c_Delay(); I2C_SCL_H; /* CPU产生1个时钟 */ i2c_Delay(); I2C_SCL_L; i2c_Delay(); I2C_SDA_H; /* CPU释放SDA总线 */ } 

3.5 主设备非应答

代码：

void I2C_NACK(void) { 
     I2C_SDA_H; i2c_Delay(); I2C_SCL_H; i2c_Delay(); I2C_SCL_L; i2c_Delay(); } 

3.6 时钟信号的产生

通过以上程序中的

i2c_Delay(); 

延时的使用产生了周期性的SCL时钟。

static void i2c_Delay(void) { 
     uint8_t i; //循环次数为10时，SCL频率 = 240KHz  for (i = 0; i < 10; i++); } 

3.7 发送一个字节

void I2C_SendByte(uint8_t _ucByte) { 
     uint8_t i; /* 先发送字节的高位bit7 */ for (i = 0; i < 8; i++) { 
     if (_ucByte & 0x80) { 
     I2C_SDA_H; } else { 
     I2C_SDA_L; } i2c_Delay(); I2C_SCL_H; i2c_Delay(); I2C_SCL_L; if (i == 7) { 
     I2C_SDA_H; // 释放总线 } _ucByte <<= 1; /* 左移一个bit */ i2c_Delay(); } } 

3.8 接收一个字节并作出应答

uint8_t I2C_ReceiveByte(u8 ack) { 
     uint8_t i; uint8_t value; /* 读到第1个bit为数据的bit7 */ value = 0; for (i = 0; i < 8; i++) { 
     value <<= 1; I2C_SCL_H; i2c_Delay(); if (I2C_SDA_STATE !=0) { 
     value++; } I2C_SCL_L; i2c_Delay(); } if(ack==0) I2C_NACK(); else I2C_ACK(); return value; } 

4. IIC实践

————–手动分割————————-以下为主设备对从设备一次数据的获取流程————-这才是重点↓———————-

数据提取
模式1：

测试传感器是否应答，地址信息D0为1(主设备向从设备读数据)。

主机发送从设备地址后等待应答：

void _86BSD_ReadData(unsigned char*Read) { 
     unsigned char i; I2C_START(); I2C_SendByte(0x51);//从机的地址 //0101 0001 I2C_Wait_Ack();//等待从机响应 I2C_STOP(); } 

模式2： 主设备向从设备读取两个字节的数据。

void _86BSD_ReadData(unsigned char*Read) { 
     unsigned char i; I2C_START(); I2C_SendByte(0x51);//从机的地址 //0101 0001 I2C_Wait_Ack(); //等待从机响应 /*气压*/ *Read=I2C_ReceiveByte(1);//1 主机应答 Read++; *Read=I2C_ReceiveByte(0);//0 主机非应答 I2C_STOP(); } 

模式3: 主设备向从设备读取三个字节的数据。

I2C_START(); I2C_SendByte(0x51);//从机的地址 //0101 0001 I2C_Wait_Ack();//等待从机应答 /*气压*/ *Read=I2C_ReceiveByte(1);//1 主机应答 Read++; *Read=I2C_ReceiveByte(1);//1 主机应答 Read++; *Read=I2C_ReceiveByte(0);//0 主机非应答 I2C_STOP(); 

逻辑分析仪捕捉波形：
观察波形，从机收到地址信息后产生应答ACK，随之返回数据0x1E，主机收到数据后产生应答ACK，从机又返回数据0x1C，主机收到数据后产生应答ACK，从机又返回数据0x64，主机收到数据后不再需要从机的数据所以产生非应答NACK。

模式4： 主设备向从设备读取四个字节的数据。

void _86BSD_ReadData(unsigned char*Read) { 
     unsigned char i; I2C_START(); I2C_SendByte(0x51);//从机的地址 //0101 0001 I2C_Wait_Ack(); /*气压*/ *Read=I2C_ReceiveByte(1);//1 主机应答 Read++; *Read=I2C_ReceiveByte(1);//1 主机应答 Read++; /*温度*/ *Read=I2C_ReceiveByte(1);//1 主机应答 Read++; *Read=I2C_ReceiveByte(0);//0 主机非应答 I2C_STOP(); } 

★★★如有错误欢迎指导。