IIC协议

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心跳包 发表于 2021/11/12 23:39:42 2021/11/12
【摘要】 IIC协议解释 (1)概述 I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 集成电路总线,该总线由NXP(原PHILIPS)公司设计,多用于主控制器和从器件间的主从通信,在小数据量场合使用,传输距离短,任意时刻只能有一个主机等特性。 经常IIC和SPI接口被认为指定是一种硬件设备,但其实这样的说法是不...

IIC协议解释

(1)概述

I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 集成电路总线,该总线由NXP(原PHILIPS)公司设计,多用于主控制器和从器件间的主从通信,在小数据量场合使用,传输距离短,任意时刻只能有一个主机等特性。

经常IIC和SPI接口被认为指定是一种硬件设备,但其实这样的说法是不尽准确的,严格的说他们都是人们所定义的软硬结合体,分为物理层(四线结构)和协议层(主机,从机,时钟极性,时钟相位)。

IIC,SPI的区别不仅在与物理层,IIC比SPI有着一套更为复杂的协议层定义。下面来分别说明一下IIC的物理层和协议层。

(2)IIC的物理层

a.只要求两条总线线路,一条是串行数据线SDA,一条是串行时钟线SCL。(IIC是半双工,而不是全双工)。

b.每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和其它器件通信,主机/从机角色和地址可配置,主机可以作为主机发送器和主机接收器。

c.IIC是真正的多主机总线,(而这个SPI在每次通信前都需要把主机定死,而IIC可以在通讯过程中,改变主机),如果两个或更多的主机同时请求总线,可以通过冲突检测和仲裁防止总线数据被破坏。

d.传输速率在标准模式下可以达到100kb/s,快速模式下可以达到400kb/s。

e.连接到总线的IC数量只是受到总线的最大负载电容400pf限制。

一个典型的IIC接口如下图(1)所示

图(1)

(3)IIC的协议层

IIC的协议层才是掌握IIC的关键。现在简单概括如下:

a.数据的有效性

在时钟的高电平周期内,SDA线上的数据必须保持稳定,数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改变。

如图(2)所示:

      图(2)

b.起始和结束条件

起始条件:当SCL为高电平的时候,SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件,结束条件:当SCL为高电平的时候,SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件,要注意起始和终止信号都是由主机发出的,连接到I2C总线上的器件,若具有I2C总线的硬件接口,则很容易检测到起始和终止信号。总线在起始条件之后,视为忙状态,在停止条件之后被视为空闲状态,对起始条件和结束条件的描述如下图(3)所示。

图(3)

c.应答

每当主机向从机发送完一个字节的数据,主机总是需要等待从机给出一个应答信号,以确认从机是否成功接收到了数据,从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的,应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期,低电平0表示应答,1表示非应答,如图(4)所示。

图(4)

d.数据帧格式

 

I2C总线上传送的数据信号是广义的,既包括地址信号,又包括真正的数据信号。

在起始信号后必须传送一个从机的地址(7位),第8位是数据的传送方向位(R/T),用“0”表示主机发送数据(T),“1”表示主机接收数据(R)。{这里小编在驱动MPU6050模块的时候,就犯过这样的错误,它写的MPU6050从机地址是0x68,因为发送从机地址的时候,要加一位读写方向位,因为刚开始应该是向这个MPU6050里写从机里某个寄存器的地址,所以应该是7位地址   0x68(1101000)+二进制位0=11010000)也就是0xD0,表示要向该IIC设备里写东西,然后再紧接着写入IIC设备里的寄存器地址,而我直接写入了0x68,导致出错},每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是,若主机希望继续占用总线进行新的数据传送,则可以不产生终止信号,马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。

在总线的一次数据传输过程中,可以有以下几种组合方式:

[1] 

主机向从机发送数据,数据传送方向在整个传送过程中不变:

注:有阴影部分表示数据由主机向从机传送,无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。

    A表示应答(低电平), A非表示非应答(高电平)。S表示起始信号,P表示终止信号。

[2]主机在第一个字节后,立即从从机读数据:

[3]在传送过程中,当需要改变传送方向时,起始信号和从机地址都被重复产生一次,但两次读/写方向位正好反相:

一般情况下,[3]是比较常见的,比如MPU6050模块,

发送起始信号

等待从机应答

写一个从机地址+0(表示写),

等待从机应答

发送一个字节的MPU6050加速度存储寄存器地址,

等待从机应答

再发送一次起始信号

等待从机应答

写一个从机地址+1(表示读)

等待从机应答

读取MPU6050传感器数据

主机非应答

e.IIC信号的模拟

主机可以采用不带I2C总线接口的单片机,如80C51、AT89C2051等单片机,利用软件实现I2C总线的数据传送,即软件与硬件结合的信号模拟。即使是含有IIC硬件的单片机(如stm32 103系列)也有一定的缺陷,所以一般也会模拟IIC的时序。现将具体时间截图如下:


  
  1. //产生起始信号
  2. void I2C_Start(void)
  3. {
  4. I2C_SDA_OUT();//配置一下引脚,引脚设置为输出
  5. I2C_SDA_H;//把数据线拉高
  6. I2C_SCL_H;//把时钟线拉高
  7. delay_us(5);//延时5微秒,要求大于4.7微秒
  8. I2C_SDA_L; //拉低,产生下降沿
  9. delay_us(6);//这个过程大于4微秒
  10. I2C_SCL_L;//最后一定要把这个时钟线拉低,因为只有时钟线拉低的时候才允许数据 变化。
  11. }
  12. //产生停止信号
  13. void I2C_Stop(void)
  14. {
  15. I2C_SDA_OUT();
  16. I2C_SCL_L;
  17. I2C_SDA_L;
  18. I2C_SCL_H;
  19. delay_us(6);
  20. I2C_SDA_H;
  21. delay_us(6);
  22. }
  23. //主机产生应答信号ACK
  24. void I2C_Ack(void)
  25. {
  26. I2C_SCL_L;
  27. I2C_SDA_OUT();
  28. I2C_SDA_L;
  29. delay_us(2);
  30. I2C_SCL_H;
  31. delay_us(5);
  32. I2C_SCL_L;
  33. }
  34. //主机不产生应答信号NACK
  35. void I2C_NAck(void)
  36. {
  37. I2C_SCL_L;
  38. I2C_SDA_OUT();
  39. I2C_SDA_H;
  40. delay_us(2);
  41. I2C_SCL_H;
  42. delay_us(5);
  43. I2C_SCL_L;
  44. }
  45. //等待从机应答信号,我们只负责主机应答信号的产生,从机应答信号
  46. //我们不控制。
  47. //返回值:1 接收应答失败
  48. // 0 接收应答成功
  49. u8 I2C_Wait_Ack(void)
  50. {
  51. u8 tempTime=0;
  52. I2C_SDA_IN(); //配置为上拉输入。
  53. I2C_SDA_H; //主机释放数据总线,等待从机产生应答信号
  54. delay_us(1);
  55. I2C_SCL_H;
  56. delay_us(1);
  57. //等待从机对数据总线的操作。低电平代表应答
  58. while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2C_SDA))
  59. {
  60. tempTime++;
  61. //这个属于软件延时,不一定准确。
  62. if(tempTime>250) //如果时间超时,没有应答就停止。
  63. {
  64. I2C_Stop();
  65. return 1; //没有响应的话返回1.
  66. }
  67. }
  68. I2C_SCL_L;
  69. return 0; //如果有响应的话就返回0.
  70. }

 

文章来源: xintiaobao.blog.csdn.net,作者:心跳包,版权归原作者所有,如需转载,请联系作者。

原文链接:xintiaobao.blog.csdn.net/article/details/89488132

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