STM32的IIC通信

1. IIC协议简介

IIC通信协议（Inter-Integrated Circuit）是由Philips公司开发的，由于它引脚少。硬件实现简单，可扩展性强，不需要使用USART、CAN等通信协议的外部收发设备，现在被广泛地用于系统内多个集成电路（IIC）间的通信。

在计算机科学里，大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和片上外设；STM32标准库则是在寄存器与用户代码之间的软件层。对于通信协议，我们也以通信协议的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。

物理层规定通信系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体中的传输。

协议层主要规定通信逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

简单来说，物理层规定我们是用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们是用中文还是英文来交流。

下面分别对IIC协议的物理层及协议层进行讲解。

1.1 IIC物理层

IIC通信设备之间的常用连接方式如图所示，它的物理层有如下特点：

（1）它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用信号线。在一个IIC通信总线中，可连接多个IIC通信设备，支持多个通信主机及多个通信从机。

（2）一个IIC总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线（SDA），一条串行时钟线（SCL） 数据线用来表示数据，时钟线用于同步数据的收发。

（3）每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

（4）总线通过上拉电阻接到电源。当IIC设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲时，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

（5）多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

（6）具有3种传输模式：标准模式传输速率为100kb/s，快速模式为400kb/s，高速模式可达3.4Mb/s，但目前大多数IIC设备尚不支持高速模式。

（7）连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF限制。

1.2 IIC协议层

IIC的协议定义了通信的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时间同步和地址广播等环节。

1.2.1 IIC基本读写过程

先看看IIC通信过程的基本结构，它的通信过程如图所示：

这些图表示的是主机和从机通信时，SDA线的数据包序列。

其中S表示由主机的IIC接口产生的传输起始信号，这时连接到IIC总线上的所有从机都会接收到这个信号。

起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号（SLAVE_ADDRESS）。在IIC总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据IIC协议，这个从机地址可以是7位或10位。

在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0时，表示后面的数据传输方向时由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为1时，则相反，即主机由先从机读数据。

从机接收到匹配地址后，主机或从机会返回一个应答（ACK）或非应答（NACK）信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

（1）写数据

若配置的方向传输位为“写数据”方向：广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据（DATA）。数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号（ACK），然后重复这个过程。可以向从机传输N个数据，这个N没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号（P），表示不再传输数据。

（2）读数据

若配置的方向传输位