【通信协议】IIC通信协议详解

IIC（Inter-Integrated Circuit）通信协议，又称为I2C（Inter-Integrated Circuit 2）协议，是一种广泛使用的串行通信协议。它由Philips Semiconductor（现NXP Semiconductors）开发，用于连接微控制器和其他设备，实现数据的串行传输。

I2C协议的基本原理

I2C协议使用两条线进行通信：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。这两条线通过上拉电阻连接到电源，确保在空闲状态下保持高电平。I2C协议支持多主设备和多个从设备，通过每个设备的地址来区分通信目标。

I2C协议的关键特性

1. 双向通信：I2C协议支持双向数据传输，即主设备可以发送数据给从设备，也可以从从设备接收数据。
2. 多主模式：允许多个主设备连接到同一条总线上，通过仲裁机制来选择唯一的主设备进行通信。
3. 多从模式：I2C总线可以连接多个从设备，每个从设备都有唯一的地址，主设备通过地址来选择要通信的从设备。
4. 速率灵活：I2C总线的速率可以根据应用需求进行调整，常见的速率有100 kHz（标准模式）、400 kHz（快速模式）和3.4 MHz（高速模式）。
5. 低成本：I2C总线只需要两根线进行通信，降低了硬件成本和复杂性。

I2C协议的应用场景

I2C协议被广泛应用于各种数字芯片间的通信，例如：

• 传感器与微控制器之间的通信：如温度传感器、湿度传感器、加速度计等。
• 存储器芯片：如EEPROM和RTC芯片，用于数据的读写和时钟管理。
• 控制外设设备：如LED驱动器、LCD控制器、扩展IO芯片等。
• 显示器控制器：如OLED显示屏、液晶显示模块等。
• 工业自动化领域：如工业传感器、PLC等。

I2C协议的通信过程

I2C通信过程包括以下几个步骤：

1. 起始信号：主设备发送一个起始信号，表示开始通信。
2. 发送从设备地址：主设备发送从设备的地址和读/写位。
3. 应答信号：从设备确认收到地址并发送应答信号。
4. 数据传输：主设备和从设备之间进行数据的发送和接收。
5. 停止信号：通信完成后，主设备发送停止信号，表示通信结束。

I2C协议的代码示例

以下是使用STM32通过软件模拟I2C协议来驱动AT24C02 EEPROM的示例代码：

#include "stm32f10x.h"#define I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6 // 定义SCL引脚
#define I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7 // 定义SDA引脚
#define I2C_SCL_PORT GPIOB // 定义SCL引脚所在的端口
#define I2C_SDA_PORT GPIOB // 定义SDA引脚所在的端口// I2C延时函数
void I2C_Delay(void) {// 延时函数，根据实际情况调整
}// I2C初始化函数
void I2C_Init(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(I2C_SCL_PORT, &GPIO_InitStructure);// 设置I2C引脚输出高电平GPIO_SetBits(I2C_SCL_PORT, I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN);
}// I2C起始信号
void I2C_Start(void) {I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA高电平I2C_Delay();I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平I2C_Delay();I2C_SDA_PORT->BRR = I2C_SDA_PIN; // SDA低电平，开始信号I2C_Delay();I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平
}// I2C停止信号
void I2C_Stop(void) {I2C_SDA_PORT->BRR = I2C_SDA_PIN; // SDA低电平I2C_Delay();I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平I2C_Delay();I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA高电平，停止信号
}// I2C发送一个字节
void I2C_SendByte(uint8_t byte) {uint8_t i;for (i = 0; i < 8; i++) {if (byte & 0x80) {I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA高电平} else {I2C_SDA_PORT->BRR = I2C_SDA_PIN; // SDA低电平}byte <<= 1;I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平I2C_Delay();I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平}I2C_SDA_PORT->BSRR = I2C_SDA_PIN; // SDA释放，准备接收应答I2C_Delay();I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平I2C_Delay();I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平
}// I2C读取一个字节
uint8_t I2C_ReadByte() {uint8_t i, byte = 0;I2C_SDA_PORT->ODR &= ~I2C_SDA_PIN; // SDA输入模式for (i = 0; i < 8; i++) {byte <<= 1;I2C_SCL_PORT->BSRR = I2C_SCL_PIN; // SCL高电平I2C_Delay();if (I2C_SDA_PORT->IDR & I2C_SDA_PIN) {byte |= 0x01;}I2C_SCL_PORT->BRR = I2C_SCL_PIN; // SCL低电平I2C_Delay();}return byte;
}// 从AT24C02读取一个字节数据
uint8_t AT24C02_ReadByte(uint8_t addr) {uint8_t data;I2C_Start();I2C_SendByte(0xA0 << 1); // 发送写命令I2C_WaitAck();I2C_SendByte(addr); // 发送地址I2C_WaitAck();I2C_Start();I2C_SendByte(0xA1 << 1); // 发送读命令I2C_WaitAck();data = I2C_ReadByte();I2C_Stop();return data;
}int main(void) {I2C_Init();uint8_t data = AT24C02_ReadByte(0x00); // 从地址0x00读取数据// ... 其他操作while (1) {// ... 主循环}
}

以上代码展示了如何初始化I2C接口，发送起始和停止信号，以及如何发送和接收数据。在实际应用中，可能需要根据具体的硬件连接和设备地址进行适当的调整。通过理解和掌握I2C协议的原理和编程方法，可以实现微控制器与其他设备的高效通信。

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