本文作者: 陽光，e小白網(wǎng)址:www.e-xiaobai.com

在剛開始接觸單片機的時候，會被板級內(nèi)的各種通訊接口方式弄的暈頭轉(zhuǎn)向。嵌入式系統(tǒng)中常用板級通訊方式有：并口（8位、16位）、SPI（4線、3線）、IIC、USB、TYPE-C等。具體采用什么通訊方式，要根據(jù)實際項目情況選擇。并口傳輸速度快，處理數(shù)據(jù)量大，像處理圖形圖像優(yōu)先考慮，硬件成本高；串口傳輸速度相對比較慢，接線簡單，硬件成本低。這里詳細介紹下IIC通訊方式的使用。
一、IIC 簡介
    IIC(Inter－Integrated Circuit)總線是由NXP（原PHILIPS）公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接單片機及其外圍設(shè)備。多用于主控制器和從器件間的主從通信，適用數(shù)據(jù)量少，傳輸距離短場合。在 MCU 與被控 IC 之間、IC 與 IC 之間進行二線制、雙向、同步半雙工傳輸。IIC傳輸速度分為標準100Kbps、快速400Kbps、高速3.4Mbps，目前大多數(shù)器件都支持快速傳輸。IIC總線的傳輸距離受到布線、速度、總線電容的影響，雖然沒有明確規(guī)定距離，但是建議不要超過300mm，否則最好加上IIC中繼芯片。

二、IIC物理層接線

從上圖可以看出，在IIC物理層有主機（MCU）、從機（IIC器件）；2條總線，SCL（時鐘線）和SDA(數(shù)據(jù)線）及上拉電阻（必接4.7K-10K）。
    所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都必須接到總線的SDA上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。I2C總線上的每個設(shè)備都自己一個唯一的地址，來確保不同設(shè)備之間訪問的準確性。器件的物理地址是器件廠商出廠設(shè)定好的，須按照IC手冊設(shè)定。
    在IIC總線中可以接多個主機，其中任何一個能夠進行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。一個主機能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主機控制。

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三、IIC協(xié)議層
    IIC 總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號， 它們分別是：啟始信號（Start）、終止信號(Stop)和應(yīng)答信號(Ack)。
啟始信號：SCL 為高電平時（1），SDA 由高電平向低電平跳變，表示起始信號，接下來可以進行數(shù)據(jù)傳輸，必須有；
終止信號：SCL 為高電平時（1），SDA 由低電平向高電平跳變，表示終止信號，表示結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，必須有；
應(yīng)答信號：接收端器件（不論主從）在接收到 8bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送端器件（不論主從）發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。發(fā)送端向接收端發(fā)出一個信號后，等待接收端發(fā)出一個應(yīng)答信號，發(fā)送端接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況作出是否繼續(xù)傳遞數(shù)據(jù)的判斷。若在約定的等待周期內(nèi)未收到應(yīng)答信號，判斷為接收端接收數(shù)據(jù)不成功。
非應(yīng)答信號：若接收端希望結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，則可以向發(fā)送端發(fā)一個“非應(yīng)答信號NAck”，接收端收到此信號后會產(chǎn)生一個終止信號，結(jié)束傳輸。
IIC 總線時序圖

啟始信號：SCL高電平（1）狀態(tài)下，SDA由高（1）變低（0），保持至少4.7us后，產(chǎn)生啟始信號；程序表示如下
    void IIC_Start()        
   {
       SDA=1;             //確保SDA線為高電平
       SCL=1;             //確保SCL高電平
       delay_us(5);       //保持5us
       SDA=0;             //在SCL為高時拉低SDA，產(chǎn)生啟始信號
       delay_us(5);
   }
終止信號：SCL高電平（1）狀態(tài)下，SDA由高（0）變低（1），保持至少4.7us后，產(chǎn)生終止信號；程序表示如下
    void IIC_Stop()         
   {
       SDA=0;             //確保SDA線為低電平
       SCL=1;             //確保SCL高電平
       delay_us(5);
       SDA=1;             //在SCL為高時拉高SDA線，產(chǎn)生終止信號
       delay_us(5);     
    }
應(yīng)答信號：主機SCL拉高，讀取從機SDA的電平，為低電平（SDA=0）表示產(chǎn)生應(yīng)答，為有效應(yīng)答位（ACK，簡稱應(yīng)答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)，可以繼續(xù)發(fā)送；若為高電平（SDA=1）時，為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功，結(jié)束發(fā)送。如下圖

每發(fā)送一個字節(jié)（8個bit）后，在一個字節(jié)傳輸?shù)?個時鐘后的第九個時鐘期間，接收器接收數(shù)據(jù)后必須回一個ACK應(yīng)答信號給發(fā)送器，這樣才能進行數(shù)據(jù)傳輸。程序表示如下：
//主機產(chǎn)生應(yīng)答信號Ack
void IIC_Ack(void)
{
   SCL=0;                          //先拉低SCL，使得SDA數(shù)據(jù)可以發(fā)生改變
   SDA=0;                          //SAD=0，產(chǎn)生應(yīng)答信號 
   delay_us(2);
   SCL=1;

   delay_us(5);
   SCL=0;                         //一個SCL時鐘等待周期
   delay_us(5);
   SDA=1;                         //釋放SDA總線控制權(quán)

}
    有時候從機因某種原因不需要對主機應(yīng)答時，須將SDA置為高電平（1），由主機產(chǎn)生終止信號結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。程序表示如下：
//主機產(chǎn)生非應(yīng)答信號NAck
void IIC_NAck(void)
{
   SCL=0;                          //先拉低SCL，使得SDA數(shù)據(jù)可以發(fā)生改變
   SDA=1;                          //SAD=1，產(chǎn)生非應(yīng)答信號 
   delay_us(2);
   SCL=1;
   delay_us(5);
   SCL=0;
   delay_us(5);
}

    在實際寫程序時，我們可以用一個等待應(yīng)答子程序來判斷應(yīng)答信號，程序如下：
等待接收端的應(yīng)答信號：應(yīng)答0，非應(yīng)答1
u8 IIC_WaitAck (void)
{
    u8 temptime;                  //臨時計時器
    SDA=1;                        // 釋放SDA線的控制權(quán)              
    SCL=1;
    delay_us(5);
    if(SDA_READ==1)               // 如果讀回的SDA=1，則為非應(yīng)答
     {
       temptime++;
       if(temp>250)               //超時，這里250大概數(shù)參考
                    {
           IIC_Stop();            //停止傳輸
           return 1;
                    }
     }
     SCL=0;                      // SCL拉低
     delay_us(5);     
     return 0;                   //如果讀回的SDA=0，則為應(yīng)答
}