IIC详解，包括原理、过程，最后一步步教你实现IIC

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转载最新推荐文章于 2025-04-17 10:07:59 发布 343 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

基础通信协议之 IIC (I2C) 详细讲解 IIC是当今嵌入式应用中最常见的串行通信协议之一。对比OneWire严苛的时序要求，SPI等更多的线缆要求，IIC处于一个折中的位置：不那么多的2根线缆（硬件要求），不那么复杂严苛的时序要求，便可进行多主多从的双向通信，小巧灵活方便，这使它广受欢迎。阅读详情

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IIC详解

1、I2C总线具有两根双向信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL

2、IIC总线上可以挂很多设备：多个主设备，多个从设备（外围设备）。上图中主设备是两个单片机，剩下的都是从设备。

3、多主机会产生总线裁决问题。当多个主机同时想占用总线时，企图启动总线传输数据，就叫做总线竞争。I2C通过总线仲裁，以决定哪台主机控制总线

4、上拉电阻一般在4.7k~10k之间

5、每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传输可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器，总线上收数据的器件则为接收器。

6、I2C总线的数据传送：
(1)、数据位的有效性规定：

      (2)、起始与终止信号：SCL为高期间，
             SDA : 由高到低，起始信号
             SDA：由低到高，终止信号

7、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。

8、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。

9、每当发送器传输完一个字节的数据之后，发送端会等待一定的时间，等接收方的应答信号。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。

10、数据传送格式：主机发送给从机

11、I2C模拟方式的特殊情况：

12、总线寻址：
       (1)、主机向从机发送8位数据，这8位数据是在起始信号之后发送的第一个字节，后面的字节都是数据，不再是寻址，除非又重新来一个起始信号。


     (2)、主机给从机发送第一个字节（总线寻址那个字节），若是读命令，则从机接收到该命令之后，主动往主机发送数据。

     (3)、主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，若相同，则认为自己正在被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器和接收器

(4)、从机地址的确定：第0位是读写位。（如对于24C02这块存储器，它若作为从机，那么它的地址中7~4位是固定的，更改不了，第3~1位是可以更改的，每一位根据硬件的管教连接来确定，连接高电平那就是1，低电平就是0）

13、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)。

14、每次数据传送总是由主机产生的终止信号来结束。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。

15、在总线的一次数据传输中，可以有一下几种组合方式：

(1)、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传递过程中不变：

(2)、主机在第一个字节后，立即从从机读数据(传输方向不变)：

(3)、在传送过程中，当需要改变传递方向时，起始信号和从机地址都被重复一次产生一次，但两次读/写方向位正好相反

16、时序：

注：主机做的都是编程控制，从机做的都是自主控制，也可以说是硬件控制，如主机给应答信号是编程控制，但是从机给应答信号是硬件控制，我们只需要检查在SDA为高期间，SCL保持低电平一些时间，即可判定从机给了主机应答信号。

17、模拟IIC编程
       (1)、开引脚的时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
       (2)、宏定义：
#define I2C_SCL    GPIO_Pin_6
#define I2C_SDA   GPIO_Pin_7
#define GPIO_I2C GPIOB
#define I2C_SCL_H GPIO_SetBits(GPIO_I2C, I2C_SCL) //把PB6置高
#define I2C_SCL_L GPIO_ResetBits(GPIO_I2C, I2C_SCL) //把PB6置低
#define I2C_SDA_H GPIO_ResetBits(GPIO_I2C, I2C_SDA) //把PB7置高
#define I2C_SCL_L GPIO_ResetBits(GPIO_I2C, I2C_SDA) //把PB7置低

        (3)、配置函数
               void I2C_Init(void)
               {
                    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

                    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=I2C_SCL | I2C_SDA;
                    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
                    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
                    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
               }

       (4)、SDA有输出方向和输入方向，配置SDA的这两个模式：

               void I2C_OUT(void)    //SDA是输出方向
               {
                    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

                    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=I2C_SDA;
                    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
                    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
                    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

                    I2C_SCL_H;
                    I2C_SDA_H;   //把两条线都变成高电平
                }

                void I2C_IN(void)    //SDA是输入方向
                {
                    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

                    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=I2C_SDA;
                    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
                    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_IPU; //输入上拉模式
                    GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
                }

          (5)、产生起始信号：看上面的时序图写
                 void I2C_Start(void) //在SCL高电平，SDA由高到低，在此之前，SDA的高电平必须保持>4.7us，起始信号变成低电平之后，还要延时>4us
               {
                    I2C_SDA_OUT();    //SDA是输出方向,即由主机发送的
                    I2C_SDA_H;
                    I2C_SCL_H;
                    delay_us(5);    //延时5个微妙
                    I2C_SDA_L； //起始信号
                    delay_us(5);
                    I2C_SCL_L;
               }

          (6)、主机产生停止信号：
                void I2C_Stop(void)
               {
                    I2C_SDA_OUT();

                    I2C_SCL_L;
                    I2C_SDA_L;
                    I2C_SCL_H;
                    delay_us(5);

                    I2C_SDA_H;
                    delay_us(5);
               }

          (7)、主机产生应答信号：
                 void I2C_ACK(void)
                 {
                     I2C_SDA_OUT();

                     I2C_SCL_L;
                     I2C_SDA_L;
                     delay_us(2);
                     I2C_SCL_H;
                     delay_us(5);
                     I2C_SCL_L;
       //           I2C_SDA_H;
                 }

          (8)、主机不发送应答信号：
                void I2C_NACK(void)
               {
                    I2C_SDA_OUT();

                    I2C_SCL_L;
                    I2C_SDA_H;
                    delay_us(2);
                    I2C_SCL_H;
                    delay_us(5);
                    I2C_SCL_L;
               }

          (9)、等待信号，当发送器发送一个数据之后，需要等待从接收端发过来的应答信号,主机等待从机应答

                 u8 I2C_Wait_ACK(void)    //SDA为低电平时，表明从机给了应答
                {
                    int time=0;   //计数器

                    I2C_SDA_IN(); //表明是从机的SDA
                    I2C_SDA_H;
                    delay_us((1);
                    I2C_SCL_H;
                    delay_us(1);

                    while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2CC_SDA))   //等待应答信号
                    {
                         time++;
                         if(time>250) //等待时间过长，产生停止信号，返回1，表示接收应答失败
                         {
                              I2C_Stop();
                              return 1;
                         }

                         //应答成功，则SCL变低
                         I2C_SCL_L;
                         return 0;
                    }
                }

          (10)、主机发送一个字节的数据,从高位开始发送。SCL位高电平的时候，数据必须保持稳定，所以可以在SCL为低电平时组织数据，SCL为高电平时发送或者接收数据
                    void send_Byte(u8 data)
                    {
                          I2C_SDA_OUT();
                         //数据准备
                         I2C_SCL_L;
                         delay_us(2);
                         for(int i=0;i<8;i++)   //从高位开始一位一位地传送
                         {
                              //发数据放到数据线上
                              if((data & 0x80)>0) //当前的最高位为1
                                   I2C_SDA_H;   //拉高数据线
                              else
                                   I2C_SDA_L;

                              data<<1;   //数据左移一位

                              //开始发送数据
                              I2C_SCL_H;
                              delay_us(2);

                              //上一个数据发送完毕，为下一个数据发送准备
                              I2C_SCL_L;
                              delay_us(2);
                        }
                    }

          (11)、主机接收一个字节数据
                    u8 rev_Byte(u8 ack)
                    {
                         u8 rev_Data; //接收到的数据

I2C_SDA_IN();

                         for(int i=0;i<8;i++)
                         {
                              //数据准备
                              I2C_SCL_L;
                              delay_us(2);
                              I2C_SCL_H;   //主机开始读数据，从机不能再改变数据了，即改变SDA的电平
                              if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2CC_SDA) ) //接收到的是1
                                   rev_Data++;
                              rev_Data<<1;
                              delay_us(1);
                          }

                         if(ack==0) //说明主机不需要给从机应答
                              I2C_NACK();
                         else                 //主机需要给应答
                              I2C_ACK();

return rec_Data;
}
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作者：shaguahaha
来源：优快云
原文：https://blog.youkuaiyun.com/shaguahaha/article/details/70766665?utm_source=copy
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