IIC 通信原理

基本介绍

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原理介绍

Init

硬件层

​ 需要接上拉电阻（保证传输稳定性）

代码

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void IIC_Init(){
  IIC_SCL=1;
  IIC_SDA=1;
}

Start

物理层

​ IIC总线的SCL保持高电平，SDA由高电平变为低电平后，延时(>4.7us)，SCL变为低电平。

  • 步骤
  1. SCL 高
  2. SDA 高->低 + 延时（>4.7us）
  3. SCL 高->低

代码

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void IIC_Start(){
  IIC_SCL=1;
  IIC_SDA=1;
  delay_us(5);
  IIC_SDA=0;
  delay_us(5);
  IIC_SCL=0;
  
}

Tramsmit Data

物理层

 传输时，SDA的宽度应该大于SCL的宽度，在SCL为高时读取SDA，SCL为低时改变SDA的电平。
 ==注意：==传输数据过程总不允许SDA变化（否则会被视为开始或停止信号）
  • 步骤
  1. 拉低SCL进行数据传输
  2. SDA传送高低电平（0或1）
  3. SCL在高电平时期读取SDA的数据
  4. 响应信号

代码

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void IIC_Transmit(u8 data){
  IIC_SCL=0;  // 
  u8 i=0;
  for(i=0;i<8;i++){
    if(data & 0x80 ){ 
      IIC_SDA=1;	    // transmit 1
      delay_us(2);
      IIC_SCL=1;
      delay_us(2);
      IIC_SCL=0;
      delay_us(2);
    }
    else{
      IIC_SDA=0;  	   // tramsmit 0	
      delay_us(2);
      IIC_SCL=1;
      delay_us(2);
      IIC_SCL=0;
      delay_us(2);
    }
    data<<=1;
  }

}


Stop

物理层

​ 与Start相反：SCL为高时SDA由低到高

  1. SCL = 1
  2. SDA = 0
  3. SDA = 1 + 延时(>4.7us)

代码

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void IIC_Stop(void)
{

  IIC_SCL=0;
  IIC_SDA=0;    
   delay_us(4);
  IIC_SCL=1; 
  IIC_SDA=1;    
  delay_us(4);							   	
}

Response

物理层

​ 主机SCL拉高，读取从机SDA的电平，为低电平表示产生应答

  • 应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK，简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节
  • 应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功
  1. IIC_SCL=0
  2. IIC_SDA=0
  3. IIC_SCL=1 读取ACK

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void I2C_Ack(void)
{
   IIC_SCL=0;   //先拉低SCL，使得SDA数据可以发生改变
   IIC_SDA=0;   
   delay_us(2);
   IIC_SCL=1;
   delay_us(5);
   IIC_SCL=0;
}

void I2C_NAck(void)
{
   IIC_SCL=0;   //先拉低SCL，使得SDA数据可以发生改变
   IIC_SDA=1;   //拉高SDA，不产生应答信号
   delay_us(2);
   IIC_SCL=1;
   delay_us(5);
   IIC_SCL=0;
}


一些问题

回答基于GPT

IIC通信是如何区分ACK和数据的？

在 I2C 通信中，数据传输包括两个方向：主设备向从设备发送数据（写操作），以及从设备向主设备发送数据（读操作）。在这两种情况下，都需要一种方法来区分 ACK（应答）和数据。

下面是 I2C 中如何区分 ACK 和数据的一般流程：

  1. 写操作：
    • 主设备发送一个字节的数据给从设备。
    • 每当主设备发送完一个字节后，会释放 SDA 线并将其拉高，等待从设备的应答。
    • 如果从设备收到数据并且成功接收，它将拉低 SDA 线表示 ACK。
    • 如果从设备未成功接收数据（或者不接收），它将保持 SDA 线高电平，表示 NACK（非应答）。
  2. 读操作：
    • 主设备向从设备发送一个读请求，并在准备接收数据时将 SDA 线拉高，进入接收模式。
    • 从设备在每个数据字节的发送后，会将 SDA 线拉低或保持低电平来表示 ACK。
    • 当从设备不再有数据发送时，它将保持 SDA 线高电平，表示 NACK。

在 I2C 中，ACK 和 NACK 的区别是在 SDA 线上的电平状态。ACK 是 SDA 线被拉低一段时间（通常是一个时钟周期），而 NACK 是 SDA 线保持高电平。

这种应答机制确保了数据的正确传输，并且主设备和从设备之间能够进行有效的通信。

IIC如何判断是否已经传输好了一个字节？否则会误判ACK信号吧

在 I2C 通信中，确实有一个机制来确保每个字节都被正确传输，以避免误判 ACK 信号。这个机制称为“时钟拉伸”（Clock Stretching）。

时钟拉伸是从设备（通常是从设备）可以通过拉低时钟线（SCL）来暂停主设备的时钟来延长传输时间的能力。当从设备需要更多时间来处理数据或准备发送应答时，它可以拉低 SCL 线来暂停时钟，从而保证数据传输的准确性。

在每个数据字节的传输中，主设备发送一个字节，并在每个时钟周期结束时等待从设备的应答。如果从设备需要额外时间，则可以拉伸时钟线。一旦从设备准备好应答，它就释放 SCL 线，使时钟继续，主设备就可以继续传输下一个字节或完成传输。

这种时钟拉伸的机制确保了主设备和从设备之间的同步，并且确保了每个字节都能够被正确传输。如果从设备在时钟拉伸期间没有完成数据的处理或准备应答，主设备会在检测到应答信号之前继续等待。

因此，在 I2C 通信中，即使有时钟拉伸，主设备仍能够正确判断 ACK 信号。

IIC如何判断是否已经传输好了一个字节？

在 I2C 中，主设备在发送每个字节时都会产生一个时钟脉冲（CLK）。这些时钟脉冲用于同步数据传输，并且在每个字节的传输之后，主设备需要知道何时应该停止发送数据并等待从设备的应答。

判断是否已经传输好了一个字节主要依赖于主设备的计数。主设备通常会发送8个时钟脉冲（对应一个字节的8位数据），然后等待从设备的应答。

具体的步骤如下：

  1. 主设备发送一个字节的数据。
  2. 主设备在发送每个位时都会产生一个时钟脉冲（CLK），总共8个脉冲。
  3. 在发送完最后一个位后，主设备停止产生时钟脉冲，并等待从设备的应答。

等待应答时，主设备可以通过检测SDA线上的电平来判断是否收到应答信号。如果从设备接收到了数据并正确处理，它会拉低SDA线（ACK），表示接收到数据并准备好接收下一个字节。如果从设备没有接收到数据或者出现错误，它会保持SDA线为高电平（NACK）。

通过这种方式，主设备可以判断是否已经传输好了一个字节，并且根据从设备的应答来进行相应的操作。

STM32 实现

标准库

hal库