4.STM32之通信接口《精讲》之IIC通信---软件实现IIC《深入浅出》面试必备！

接下正式，进入软件编写IIC时序了，并实现对MPU6050的控制，既然是软件实现，那么硬件方面，我仅需两根控制线即可，即：数据控制线SDA，时钟控制线SCL。（人为软件层面定义的，就是把单片机的GPIO模拟成IIC时序）在单片机上，我们只需两个普通的GPIO即可。

（软件实现IIC的好处就是端口不受限，可以任意指定）

可以参考51单片机-IIC实验1-AT24C02数据存储（实战1）_51使用iic模块-CSDN博客https://blog.csdn.net/qq_58662017/article/details/142199565?spm=1001.2014.3001.5501

座右铭：我们何必为人生的部分片段而哭泣，我们整个人生都催人泪下！

目前实现的逻辑是STM32是主机，MPU6050是从机，一主一从。如下图（主机对SCL完全掌控）在写程序的过程中我们一般只关注主机端的程序。

程序主框架，编写IIC时序，然后利用IIC对MPU6050进行写寄存器和读寄存器。最后，在主函数里调用一下即可！（主函数主要实现初始化，拿到数据，和打印数据）

开漏输出（Open-Drain 或 Open-Collector）是单片机或其他数字电路中常用的一种输出方式，它可以通过合理的电路设计实现输入功能。以下是详细说明：

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问题1：开漏输出，可以输入吗？

开漏输出的工作原理

• 开漏输出特点：

  1. 当输出为低电平（逻辑0）时，开漏输出内部的 MOSFET 或晶体管导通，输出直接拉低至地（GND）。
  2. 当输出为高电平（逻辑1）时，内部 MOSFET 或晶体管断开，输出处于高阻态（悬空状态），需要通过外部上拉电阻将输出电平拉高。

• 电路结构： 开漏输出电路没有直接的 "高电平" 驱动能力，必须依赖外部上拉电阻将输出端拉到高电平电压（如 3.3V 或 5V）。

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开漏输出是否可以作为输入？

可以实现输入功能，但需要特定的电路设计。

1. 直接作为输入

• 如果开漏输出端口本身的电路允许双向通信（如 I2C 总线），它可以接收来自其他设备的信号。
• 在这种情况下：
  • 当开漏输出为高阻态时，端口可以感知外部输入信号（如其他设备的驱动信号或电压变化）。
  • 当开漏输出为低电平时，它会主动拉低信号线。

2. 需要外部电路支持

• 如果开漏端口不直接支持输入，可以通过额外的硬件设计（如与其他电路连接）实现输入功能。典型方法包括：
  • 外部上拉电阻与驱动器相结合，输入信号可以通过上拉电阻的电压水平反映到开漏输出端。
  • 使用外部电路，如电平转换器或双向驱动芯片，将开漏端与输入信号连接。

3. I2C 典型例子

• I2C 总线是一种开漏输出的经典应用。I2C 中的 SDA（数据线）和 SCL（时钟线）通过外部上拉电阻实现双向数据通信：
  • 在设备 "发送" 数据时，单片机通过开漏端口主动拉低 SDA 线。
  • 在设备 "接收" 数据时，单片机的开漏端口进入高阻态，从而允许外部设备驱动 SDA 线。

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注意事项

1. 上拉电阻的选择：

   • 电阻值太大：信号线的上升时间变长，影响高速通信。
   • 电阻值太小：消耗过多电流，降低电路能效。
   • 一般情况下，推荐使用 4.7kΩ ~ 10kΩ 的电阻。

2. 输入电压范围：

   • 确保外部输入信号的电压范围在单片机的输入电平（如 0V ~ VCC）之内，以避免损坏器件。

3. 避免冲突：

   • 如果多个设备连接到开漏输出引脚，必须确保这些设备不会同时主动拉低信号线（避免驱动冲突）。

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总结

开漏输出引脚可以实现输入功能，特别是在需要双向通信的场景（如 I2C 总线）。关键在于设计合理的外部电路，包括适当的上拉电阻，并确保输入信号的电压范围和驱动能力与开漏端口兼容。

代码实现：

软件初始化IIC：（也就是IIC的基本6个操作基本单元）

起始条件，终止条件，读一个字节，写一个字节，接收应答位，不接受应答位。

通过下面6张图，可以看出，分离设计，也就是在SCL期间：SDA如果改变电平，则就会产生开始或停止的信号（即：SCL=1 ，SDA从高到底就是开始信号，SDA从低到高就是停止信号），反之，就会使传输数据的过程，即：就是在SCL=0期间，变换电平来传输数据。