IIC

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目录

IIC

BH1750型号的光照传感器

IIC通信协议

iic物理层

IIC软件层协议

-- 那么一主多从，怎么选中与指定的从机通信呢？

从机设备地址 -- 从手册中查看

IIC 写操作

IIC 读操作

硬件IIC和模拟 IIC 使用

模拟 IIC 使用

！！！注意：模拟iic的代码最好手敲一遍熟悉一下。

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-- 这节课新增一个传感器，就是光照传感器

-- 之前单片机上的光敏传感器只能测出几千几千的数据，测不出真正的光照数据

BH1750型号的光照传感器

-- BH1750

-- 学习一个模块，还是按照之前的学习方法，要先找到这个模块的官方手册

-- 找到手册之后先看引脚定义，咱们这个模块一共5个引脚

-- 可以看到有SCL和SDA引脚，这就是IIC通信的引脚

• 以后见到SCL和SDA，就是IIC通信

-- 然后要了解它的通信方式

-- IIC是一种通信方式，为什么有时候会叫做IIC协议？

• 因为像SPI和IIC通信方式自带的有自身的协议。

-- 什么叫协议？

• 协议一般指的是通信过程中数据传输的格式或者是数据传输的方式

• 比如kqm6600，通信协议是规定他传输数据的格式。（一次8字节）

iic也是一种通信时自带协议的通信

-- 补充：spi是全双工通信，优点：快。iic是半双工通信，优点：占用引脚资源少，但是没有SPI的速度快。

-- iic是串行通信，什么叫串行通信（一位一位发），要发送一字节，就要发送8次.

IIC通信协议

IIC其实是IICBus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线（总线是连接各个部件的信息传输线，使各个部件共享的传输介质），使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。

-- 我们之前也学过总线，有SPI总线，单总线

• 总线：在通信方式上能够连接多个设备

-- iic的应用十分广泛，例如：

• 1、飞行器当中的陀螺仪：

• 2、EEPROM-存储器

• 3、触摸屏（触摸芯片）

• 各种传感器等

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iic物理层

-- 两根通信线：SCL(时钟线) 、 SDA（数据线）

-- 电平标准：一般TTL电平标准

-- 需要接上拉电阻

它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

也就是说所有IIC设备的SCL，以及SDA都连在一起，设备SCL和SDA都要配置成开漏模式，SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7k欧姆左右。

-- !!那么怎么判别是哪一个从机向主机发送的数据呢？

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问.

IIC软件层协议

-- I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

• 1、开始信号(双方通信的开始)：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
• 2、结束信号(双方通信的结束)：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

-- 对比：SPI有一个缺点：发送过去的数据不知道对方到底收到没。iic避免了这个问题：专门有一个信号叫做应答信号:等待接收方的应答信号。

-- 从机收到这个数据，就会发送一个应答信号，主机收到应答信号，就知道数据发送成功。在iic通信中，每发送一个字节，从机都会发送一个应答。高电平1叫做非应答，0叫做应答。也就是说主机发送数据，从机收到数据，主机会检测到低电平，从机没接收到信号，主机会检测到高电平。双方不通信的时候会是高电平，所以一般将高电平叫做非应答

-- 如果整条iic总线保持静默，两条设备线都是处于高低平

（起始信号和终止信号都是由主机发送的。在起始信号产生之后，总线就处于被占用的状态，在终止信号产生之后，总线就处于空闲状态，起始信号： 一般时钟在最后再回拉低方便时序的拼接）

• 3、主机发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据的一位放到SDA线上（高位先行），然后拉高SCL（也叫做释放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，一次循环8次就可以发送一个字节。

• 4、主机接收一个字节：（主机在接收之前，主机需要释放SDA，若不释放，不论从机发送什么，SDA始终都是低电平）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（置高电平），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，循环上述过程8次即可接收一个字节 。

• 5、应答信号： 发送数据的设备：发送完8bit一个字节的数据之后，会等待一定的时间，等接接收方的应答信号（SDA在接收前，拉高释放SDA ），接收端通过拉低SDA数据线，给发送端发送一个应答信号，以提醒发送端我这边已经接受完成，数据可以继续传输，接下来，发送端就可以继续发送数据了。
  接收数据的设备：接收到 8bit一个字节数据后，在下一个时钟，需要向发送数据的设备发出一位数据，其中数据0低电平信号，通知发送方已收到数据，数据1 高电平信号，就是没有通知。

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-- 在iic通信中，从机不会主动传输数据的，一般主动发起通信的是主机，起始信号和结束信号都是由主机发送的（与SPI一样）

-- tip:通信最基础的就是发送和接收（类似usart和SPI）

-- 什么叫串行通信（一位一位发），要发送一字节，就要发送8次

-- 疑问：上述的情况下MCU都是做主机的，为什么从机没有发送和接收

因为一般从机的通信都是订死的，主机会根据不同的从机做调整。

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-- 那么一主多从，怎么选中与指定的从机通信呢？

• 就像SPI通信是通过片选实现的从机通信的。

• 而iic是通过地址实现的从机通信的。在iic总线上的每个设备都有唯一的设备地址 。iic实际上是一个地址通信，每一个iic的从机器件都有自身的地址

• 比如触摸屏有自身的地址，EEPROM也有自身的地址

• 但是一条iic总线上不会有地址相同的从机，如果地址一样，是不允许连接到一个iic总线上

• 每个iic的从设备地址都不一样,从设备的地址只能从手册上查看

-- 在一个项目中，光照传感器的地址是一样的，如果想接多个光照传感器呢？怎么实现？

• 1、选择不同型号的光照传感器

-- 如果只有一个型号怎么办？

• 2、再开一个iic总线或者改器件的地址

-- 器件的地址怎么改？

• iic模块会有一个引脚ADDR，就是用来修改器件地址的引脚。

从机设备地址 -- 从手册中查看

-- 主机根据从机的地址与从机通信。在I2C协议里，分为 7 位和 10 位地址，大多使用 7 位。每个设备出厂时，都会被分配一个地址。若相同芯片接同一个总线，可手动改变（改变从机某个引脚的电平）最后几位地址。

-- 在开始通信的第一个字节一般是 7bit 的地址位+1bit 的读写位（也可以称之为读写位）。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

• 注意：就算可以修改同类型设备的地址，一个总线上也不能挂载很多个。

最多能挂载同样地址的三个器件，有拉低，拉高，悬空的方法

IIC 写操作

• 1、产生 start
• 2、传送器件地址 Device_Address，器件地址的最后一位为数据的传输方向位，R/W 低电平0 表示主机往从机写数据（W），1 表示主机从从机读数（R）。ACK 应答，应答是从机发送给主机的应答。
• 3、传送写入器件寄存器地址分别传送高地址和低地址，即数据要写入的位置。
• 4、传送要写入的数据 Data。
• 5、产生 stop 信号

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-- SCL默认是高电平，SCL如果变成低电平，只能是主机控制这个引脚发送低电平。主机要想发送，就会先将SCL拉低，这就说明主机正在占用总线，从机就不能发送。主机将数据的一位放到SDA线上，怎么放？就是将SDA数据线拉高就是1，拉低就是0.

IIC 读操作

-- 与写操作类似

• 1、产生 start 信号
• 2、 传送器件地址（写 Device_Address）+读写位，ACK。
• 3、传送字地址，ACK。
• 4、再次产生 start 信号
• 5、 再传送一次器件地址，ACK。
• 6、 读取一个字节的数据，读数据最后结束前无应答 ACK 信号。
• 7、 产生 stop 信号

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-- 再看官方手册上是怎么说的

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• 总结：想要实现 iic 通信就是要主机与从机之间产生 iic 的时序信号。

第一种，是通过配置两个引脚 为开漏模式，然后通过 cpu 执行代码控制引脚输出高电平，编写逻辑，生成 iic 的通信时序。
第二种，使用 stm32 上的片上外设，通过寄存器操作，直接产生 iic 时序。

硬件IIC和模拟 IIC 使用

-- 在讲硬件I2C之前不得不吐槽一下这个硬件I2C外设，有时候就突然会卡在某个事件的检测，需要关闭电源重新启动才有用，不过虽然可能硬件I2C可能会有问题，可能以后不一定用的到但是我们主要是学习如何用硬件实现I2C协议，对我们以后学别的协议肯定会有帮助。

硬件 I2C：是指直接利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设，该硬件 I2C 外设跟 USART串口外设类似，只要配置好对应的寄存器，外设就会产生标准串口协议的时序。使用它的I2C外设则可以方便地通过外设寄存器来控制硬件I2C外设产生I2C协议方式的通讯，而不需要内核直接控制引脚的电平。

软件模拟I2C：即直接使用CPU内核按照 I2C 协议的要求控制GPIO输出高低电平。如控制产生 I2C 的起始信号时，先控制作为 SCL 线的 GPIO 引脚输出高电平，然后控制作为 SDA 线的GPIO引脚在此期间完成由高电平至低电平的切换，最后再控制SCL 线切换为低电平，这样就输出了一个标准的 I2C 起始信号。

-- 硬件 I2C 直接使用外设来控制引脚，可以减轻 CPU 的负担。不过使用硬件I2C 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟 I2C 则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。

模拟 IIC 使用

-- 参照官方代码

-- 1、首先配置引脚模式这里拿举例 --开漏模式

• PB6--iic 时钟引脚 SCL
• PB7--iic 数据引脚 SDA --开漏模式

-- 2、封装时序信号

• (1) 起始信号

SDA=1；
SCL=1；
Dealyus（5）；
SDA=0；
Dealyus（5）；
SCL=0；
Dealyus（5）；

• (2) 停止信号

SDA=0；
SCL=1；
Dealyus（5）；
SDA=1；
Dealyus（5）；

• (3) 发送单字节 -高位先发

• (4) 接收单字节

• (5) 主机发送应答

SDA=0；

• (6) 主机接收应答

SDA=1；

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-- 注意：在IO初始化中，我们并没有配置上拉电阻，但是前面我们明明讲过要用上拉电阻，这是为什么呢？

• 答：是我们封装的模块上面有：

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-- 应答

-- 接收数据

-- 硬件连接 -- 4个引脚要连

• PB6 -- SCL

• PB7 -- SDA

• vcc -- 3.3v

• GND

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！！！注意：模拟iic的代码最好手敲一遍熟悉一下。