一.IIC簡介

1.IIC匯流排概述

IIC匯流排是飛利浦公司研發的兩線制序列通訊匯流排，IIC兩線制包括：序列時鐘線（SCL）和序列傳輸線（SDA）。序列時鐘線（SCL）只能由主器件控制，序列傳輸線（SDA）實現雙向資料傳輸（IIC通訊屬於同步、半雙工序列通訊）。IIC匯流排遵從主/從結構，可以實現一個主器件和多個從器件之間的通訊，並且從器件永遠不會主動給主器件傳送資料。器件傳送資料到匯流排上，則定義為傳送器，器件從匯流排上讀取資料，則定義為接收器（主器件和從器件都可以是傳送器也可以是接收器）誰接收誰應答。

2.IIC匯流排物理結構

上拉電阻作用：確保匯流排空閒時為高電平

3.IIC匯流排通訊方式

通過器件地址建立通訊。器件地址：固定地址（4）+ 可程式化地址（3）+ 讀寫為（0讀1寫）

IIC裝置地址是一個7位地址，並且這個7位地址分成兩部分，分別是固定地址（器件地址）和可程式化地址（晶片管腳地址）。 4+3

固定地址：IIC器件在生產時，晶片廠家已經固化在晶片內部的地址，使用者不可更改。
可程式化地址：由IIC器件地址管腳上的電平狀態決定。地址管腳接電源則表示數位「1」，地址管腳接地則表示數位「0」。（可以根據器件說明修改地址例如：邁萊芯MLX90640修改裝置地址方法，I2C掛載多個MLX90640）
最低位為控制位元組，控制讀寫方向（指主機的讀寫方向）。

IIC匯流排資料傳輸速度在標準模式下可達100Kbit/S，快速模式下可達400Kbit/S以及高速模式下可達3.4Mbit/S。

4.IIC模式設定

1）引腳設定

SCL,SDA可以設定成推輓輸出、開漏輸出（上拉電阻輸出1）
SCL，SDA也可以設定成開漏輸出、開漏輸出（開漏輸出為防止多個器件存在短路）

注意：必須器件內部自帶上拉電阻或者外界接上拉電阻或者軟體設定上拉電阻

SCL,SDA也可以設定成推輓輸出、推輓輸出與浮空輸入（通過切換模式）

2）開漏輸出和線與

硬體IIC：會自動設定為開漏輸出，（不推薦不穩定）

軟體IIC：

推輓輸出：輸出0，N-MOS啟用。輸出1，P-MOS啟用

開漏輸出（不帶上拉電阻）：輸出0，N-MOS啟用。輸出1，P-MOS不會啟用，不會輸出高電平

開漏輸出（帶上拉電阻）：輸出0，N-MOS啟用。輸出1，P-MOS啟用

簡言之：開漏輸出必須有上拉電阻才能輸出高電平。目前微控制器GPIO口可以通過軟體設定設定上下拉

開漏輸出的作用：

防止短路: 在一些情況下(比如匯流排), 多個GPIO口可能會連線在同一根線上, 存在某個GPIO輸出高電平, 另一個GPIO輸出低電平的情況. 如果使用推輓輸出, 你會發現這個GPIO的VCC和另一個GPIO的GND接在了一起, 也就是短路了(涼涼了). 如果換成開漏輸出呢? VCC和GND多了個電阻, 這樣電路就是安全的.所以匯流排一般會使用開漏輸出.
實現線與，減少一個與門，簡化邏輯。同時當多個器件通訊的時候，因為線與. 如果主裝置A拉高SDA時, 已經有其他主裝置將SDA拉低了. 由於 1 & 0 = 0 那麼主裝置A在檢查SDA電平時, 會發現不是高電平, 而是低電平. 說明其他主裝置搶佔匯流排的時間比它早, 主裝置A只能放棄佔用匯流排. 如果是高電平, 則可以佔用.（SDA為高電平的時候才可以與器件進行通信，）

二.三種模式區別

IIC之所以分成三種模式，是由於SCL與SDA保持時間長短不同所決定的。例如：標準模式下要求SCL高電平保持時間最小為4.7us，快速模式下要求SCL高電平保持時間最小為0.7us. 這也是為什麼高速率可以相容低速率，而低速率不能相容高速率的原因。

	標準/S	快速/F	高速/HSE
速率	100KHZ	400KHZ	3.4MHZ
例如：資料保持時間（為SCL低電平時資料允許儲存最長時間）	無	0.9us	72或150ns
器件定址	7位（128個器件）	7位或10位（1024個器件）	7位或10位（1024個器件）
優化功能		快速模式器件的輸入有抑制毛刺的功能	Hs 模式器件的輸出可以抑制毛刺

更多區別請檢視IIC協定規範

三.時序分析

以軟體模擬推輓輸出例100K時序為例

1）起始訊號

SCL在高電平期間，SDA出現一個由高到低的跳變（SDA，SCL有最小保持時間）

void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();
	SDA_H;   							//序列傳輸線高電平（空閒訊號）
	CLK_H;   							//序列時鐘線高電平（空閒訊號）
	Delay_us(5);
	SDA_L;   							//序列傳輸線拉出下降沿
	Delay_us(5);
	CLK_L;   							//序列時鐘線拉出下降沿
}

2）終止訊號

SCL在高電平期間，SDA出現由低變高的跳變（SDA，SCL有最小保持時間）

void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();					//輸出模式
	CLK_L;							//序列時鐘線低電平
	SDA_L;							//序列傳輸線低電平
	CLK_H;							//序列時鐘線高電平
	Delay_us(5);
	SDA_H;							//序列傳輸線高電平  上升沿
	Delay_us(5);

}

3）應答訊號

SCL在高電平期間SDA始終處於低電平（SCL保持時間<= SDA保持時間）

需要在傳輸完畢一個位元組後傳送

void IIC_Send_ACK(void)
{
	
	CLK_L;
	SDA_OUT();			   				//輸出模式
	SDA_L;										//序列傳輸線低電平
	Delay_us(5);
	CLK_H;										//序列時鐘線線高電平    上下
	Delay_us(5);
	CLK_L;										//序列時鐘線線低電平
}

4）非應答訊號

SCL在高電平期間SDA始終處於高電平（SCL保持時間<= SDA保持時間）

需要在傳輸完畢一個位元組後傳送

void IIC_Send_NoACK(void)
{
	
	CLK_L;
	SDA_OUT(); 
	SDA_H;											//序列傳輸線為高電平
	Delay_us(5);
	CLK_H;
	Delay_us(5);
	CLK_L;
}

5）檢測應答

SCL為高電平的時候可以讀取SDA的狀態，因此可以將SDA模式切換為輸入模式，讀取SDA引腳狀態，0位應答，1位非應答

SCL為低電平允許資料發生變化

SDA：為高電平的時候可以佔用匯流排，此時將SDA拉低，開始通訊。當為低電平的時候，SDA已經被佔用。
SCL： SCL為高電平的時候要求資料穩定 SCL為低電平的時候允許資料改變

u8 IIC_Get_ACK(void)
{
	u8 ERRTIME = 0;    //超時變數
	SDA_IN();
	//SDA_L;// 沒有影響
	Delay_us(5);
	CLK_H;
	Delay_us(5);
	while( READ_SDA() )
	{
		ERRTIME++;
		if(ERRTIME >=250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	CLK_L;
	return 0;
}

6）傳送資料

void IIC_Send_Data(u8 dat)
{
	u8 i;
	SDA_OUT();
	CLK_L;
	for(i = 0; i < 8; i++)					//分8次傳輸資料  一位一位傳遞  序列
	{
		if(dat & 0x80)								//先發最高位  1000 0000
		{
			SDA_H;     //寫1
		}
		else
		{
			SDA_L;     //寫0
		}
		dat <<= 1;									//左移操作  次高位-->最高位
		Delay_us(5);
		CLK_H;
		Delay_us(5);
		CLK_L;
		Delay_us(5);	
	}
}

7）接收資料

將SDA切換為輸入模式。拉高SCK電平，可以讀取資料

u8 IIC_Read_Data(u8 ack)
{
	unsigned char i,date = 0;
	SDA_IN();
	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		
		CLK_L;
		Delay_us(5);
		CLK_H;
		date <<= 1;
		Delay_us(5);
		if( READ_SDA() )
		{
			date ++;
		}
		//Delay_us(2);
	}
	if(ack)
	{
		IIC_Send_ACK();																	//傳送應答
	}
	else
	{
		IIC_Send_NoACK();																	//傳送非應答
	}
	return date;

}

STM32----IIC詳解