【嵌入式学习笔记】嵌入式入门7——IIC总线协议

1.IIC简介

IIC即Inter Integrated Circuit，集成电路总线，是一种同步，串行，半双工通信总线。
IIC总线协议——总线就是传输数据通道，协议就是传输数据的规则，有以下特点：

• 由时钟线SCL和数据线SDA组成，并且都接上拉电阻，确保总线空闲状态为高电平
• 总线支持多设备连接，允许多主机存在，每个设备都有一个唯一的地址
• 连接到总线上的数目受总线的最大电容400pf限制
• 数据传输速率：标准模式100k bit/s 快速模式400k bit/s 高速模式3.4Mbit/s
  

IIC协议时序

IIC通信过程

• 写操作过程
  
• 读操作过程
  

2.EEPROM与24C02简介

EEPROM是一种掉电后数据不丢失的储存器，常用来存储一些配置信息，在系统重新上电时就可以加载
AT24C02是一个2K bit的EEPROM存储器，使用IIC通信方式。

• A0/1/2 : 设备地址决定引脚
• WP : 写保护引脚
• SCL : 时钟线
• SDA : 数据线

24C02的通讯地址

24C04的储存范围是4Kbit=512KB，使用8位地址无法表示全其储存地址(2⁸=256KB)，需要在设备地址中借位(2⁹=512KB)

24C02的读写时序

• 写操作
  字节写模式：一个地址一个数据进行写入。
  页写模式：连续写入数据。只需要写一个地址，连续写入数据时地址会自增，但存在页的限制，超出一页时，超出数据覆盖原先写入的数据。但读会自动翻页。

• 读操作
  当前读模式：基于上一次读/写操作的最后位置继续读出数据。
  随机地址读模式：指定地址读出数据。
  顺序读模式：连续读出数据。

• 写操作过程（字节写入/页写入）
  注意:EEPROM比较慢，必须等到10ms后再写下一个字节
  
  

• 读操作过程
  

3.IIC协议驱动24C02实验

• 硬件IIC——使用复杂、速度快、较稳定、特定引脚
• 软件IIC——使用简单、速度较慢、稳定、任意引脚

推荐使用软件IIC，一是因为硬件IIC设计复杂，稳定性一般；二是因为软件IIC方便移植

3.1.IIC配置步骤

• 使能SCL和SDA对应时钟——__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
• 设置GPIO工作模式——SDA开漏SCL推挽输出，使用HAL_GPIO_Init初始化
• 编写基本信号——起始信号、停止信号、应答信号
• 编写读和写函数——iic_read_byte、iic_send_byte
  注意：发送完成，主机释放SDA

为什么IIC总线SDA建议用开漏模式？

• IIC的SDA脚即要作为输出，又要作为输入，用开漏输出模式，很好实现输出输入共用，避免IO模式频繁切换带来的麻烦。
• 输出时：主机（MCU）输出0，可以拉低信号，实现低电平发送，主机输出1（实际不起作用），由外部上拉电阻上拉，实现高电平发送
• 输入时：主机（MCU）设置输出1状态，此时因为MCU无法输出1，相当于释放了SDA脚，此时外部器件可以主动拉低SDA脚/释放SDA脚（同样由上拉电阻提供“输出1的功能”），实现SDA脚的高低电平变化。
• 由于开漏输出模式下，MCU还是可以读取IDR状态寄存器，来获取引脚高低电平，因此MCU读取IDR，即可获得SDA脚的高低电平状态，从而实现输入检测。
  也可以参考http://t.csdn.cn/fLxa9和http://t.csdn.cn/3x1wU

3.2.24C02配置步骤

• 初始化IIC接口
• 编写写入/读取一个字节数据函数——遵循时序流程编写
• 编写连续读和连续写函数——在上面的基础上进行实现