STM32 IIC协议

本文代码使用 HAL 库。

前言

从这篇文章开始为大家介绍一些通信协议，包括 UART，SPI，IIC等。

UART串口通讯协议
SPI通信协议

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一、什么是IIC协议

1. IIC协议概念：

IIC 协议是由 SDA 数据线 和 SCL时钟线 组成的串行总线，可以发送接收数据，采用半双工的通信方式。每个挂在总线上的器件都有唯一的地址，通常一个主机多个从机。

• 数据线 ：完成数据的收发。
• 时钟线：完成数据的同步传输。

位速在标准模式下可达 100kbits/s， 在快速模式下可达 400kbits/s, 在高速模式下可达 3.4Mbits/s.

2. IIC 系统结构：
   

(1). 在一个芯片内部，有一个或者多个 IIC控制器（主机）。
(2). 在一个 IIC 控制器上，可以连接一个或多个 IIC设备（从机）。
(3). IIC 总线只需要 2 根线：时钟线 SCL, 数据线 SDA。
(4). 在 IIC总线的SCL,SDA 上都有上拉电阻。
(5). 时钟线只能由主机产生，作用给从机，从而完成数据的收发同步。

二、IIC信号

IIC协议中数据的传输单位是字节。要用到 9 个时钟。前 8 个时钟用来传输数据，第 9 个时钟用来传输信号。传输数据时，先传输最高位。

1. 空闲状态
   当总线上的SDA 和 SCL 两条信号线同时处于高电平时，便于空闲状态。当不传输数据时，SDA和SCL就会被上拉电阻拉高，便进入了空闲状态。
   
2. 开启信号
   当SCL为高电平期间，SDA由高变低的跳变；便是总线的起始信号，只能由主机发起，且在空闲状态下才可以启动。
   
3. 停止信号
   当 SCL为高电平期间，SDA 由低到高的跳变，便是总线的停止信号，表示数据已经传输完成。
   
4. 响应信号
   接收器在接收到 8 位数据后，在第 9个周期，拉低 SDA。当接收方接收该字节成功，便会输出一个 ACK应答信号。

当SDA 为高电平，表示为非应答信号 NACK，当 SDA为低电平，表示为应答信号 ACK。

三、IIC协议的通讯时序

IIC总线上的设备可以 发送/接收 数据。

1. 写操作

流程如下：

- 主芯片要发送一个起始信号 start 。
- 然后主设备发送一个设备地址（用来确定是往哪个从机写数据），方向（0表示读，1表示写）。
- 从设备回应（用来确定从设备是否存在），然后就可以传输数据。
- 主设备发送一个字节的数据给从设备，等待回应。
- 每传输一字节数据，接收方都要有一个回应信号（用来确定数据是否接收完成），然后再传输下一个数据。
- 数据传输完成后，主芯片就会发送一个停止信号。

2. 读操作

流程操作：

- 主设备发送一个起始信号。
- 主设备发出一个从设备地址（用来确定从哪个设备读数据），方向（0表示写，1表示读）。
- 从设备回应（用来确定从设备是否存在），然后就可以传输数据。
- 从设备发送一字节数据给主设备，等待回应。
- 每传输一字节数据，接收方要有一个回应信号（用来确定数据是否接收成功），然后再传输下一个数据。
- 数据发送完成后，主设备会发送一个停止信号。

四、上拉电阻作用

1. IIC 总线的SCL,SDA 上都有上拉电阻。外接2个上拉电阻的作用：当总线处于空闲状态时，总线为高电平状态。

2. 问 ：SCL 为何要使用上拉电阻？

答 ：在第 9 个时钟后，如果有某一方设备需要更多的时间来处理数据，它可以一直驱动三极管把 SCL 拉低。当 SCL为低电平时，其他设备都不使用 IIC总线；只有当 SCL从低电平变为高电平的时候，IIC总线才能够被使用。

当该设备处理数据完毕，就绪时，就不再驱动三极管。这时上拉电阻把SCL变为高电平，其他设备就可以继续使用 IIC总线了。

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总结

下一篇文章为大家介绍 SPI 和 UART 通信协议。