stm32中IIC通讯协议

参考资料：大部分均引用b站江协科技课程、GPT及网络资料

        什么是IIC（i2C）通讯协议？

关键字：SCL、SDA、半双工、同步、串行。

        IIC（Inter-Integrated Circuit），也称为I2C（Inter-Integrated Circuit），是一种由Philips公司（现为NXP）开发的用于在集成电路之间进行短距离通信的串行总线协议。IIC协议非常适合低速设备之间的数据传输，具有简单、低成本和易于实现的特点。

      其中有几个问题：为什么是短距离？什么是串行总线？这个等学完概念后再进行解答。

概念：

IIC总线基本特性

1. 双线结构：IIC总线采用两根双向线路进行通信：

   • SCL（串行时钟线）：由主设备产生的时钟信号，用于同步数据传输。
   • SDA（串行数据线）：用于传输数据，数据在时钟信号的控制下进行传输。

2. 多主从结构：支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）。每个设备都有一个唯一的地址。

3. 地址分配：IIC设备使用7位或10位地址来唯一标识每个设备。在传输数据时，主设备通过地址帧选择目标从设备。

4. 同步，半双工

数据传输

• 数据帧：每次传输的数据帧由8位数据组成，从高位（MSB）到低位（LSB）传输。
• 应答位（Acknowledge Bit）：在每个数据帧传输之后，由接收方发送一个应答位。若应答位为低电平，表示接收成功；若应答位为高电平，表示接收失败。

数据读写过程

1. 写操作：

   • 主设备发送起始条件。
   • 主设备发送从设备地址以及读写控制位（0表示写，1表示读）。
   • 从设备发送应答位。
   • 主设备发送要写入的数据。
   • 从设备发送应答位。
   • 重复数据传输和应答，直到所有数据传输完毕。
   • 主设备发送停止条件。

2. 读操作：

   • 主设备发送起始条件。
   • 主设备发送从设备地址以及读写控制位。
   • 从设备发送应答位。
   • 主设备切换到接收模式，读取数据。
   • 主设备发送应答位。
   • 重复数据读取和应答，直到所有数据读取完毕。
   • 主设备发送停止条件。

IIC时序：

1.起始和终止

        起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

        终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

2.发送和接收

          发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

        接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

3.应答

        发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

         接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

        了解了这些基本知识，再回到开头，IIC其只需要两根线控制，一根时钟线（SCL）控制同步，一根数据线（SDA）传输数据，因为只有一根数据线，数据逐个传输，因此是串行通讯。

        其中还提到了半双工，这里来解释下：

        半双工：数据可以在两个方向上传输，但不能同时进行，如iic，rs485

        全双工：数据可以在两个方向上同时进行传输。发送和接收可以同时进行，不会互相干扰，

如RS-232。

        单工：数据只能在一个方向上传输。发送方只能发送，接收方只能接收，如电视广播。

iic在长距离的环境中，容易受到干扰造成电平跳变，会严重影响数据的准确性，且IIC协议依赖于时钟线（SCL）和数据线（SDA）的同步工作。长距离可能导致信号延迟不一致，因此其适合短距离通讯。