IIC通信协议总结
IIC通信协议
一．概述
二．硬件结构
三：数据的传输
开始和停止条件的确定：在I2C总线传输过程中，将两种特定的情况定义为开始和停止条件（见图3）：当SCL保持“高”时，SDA由“高”变为“低”为开始条件；当SCL保持“高”且SDA由“低”变为“高”时为停止条件。开始和停止条件均由主控制器产生。使用硬件接口可以很容易地检测到开始和停止条件，没有这种接口的微机必须以每时钟周期至少两次对SDA取样，以检测这种变化。
传输注意事项：
1.SDA线上的数据在时钟“高”期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号
为低时，数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。
因此在IIC总线上胡数据传输过程中，数据信号线SDA的变化只能发生在SCL为低电平的期间内。从上图中可以清楚的看到这一点。
响应信号ACK宽度为1位，紧跟在8个数据位后面，所以发送1字节的数据需要9个SCL时钟脉冲。响应时钟脉冲也是由主机产生的，主机在响应时钟脉冲期间释放SDA线，使其处在高电平(见图16—3上面的信号)。而在响应时钟脉冲期间，接收方需要将SDA拉低，使SDA在响应时钟脉冲高电平期间保持稳定的低电平(见图16—3中间结束的信号)。低电平用ACK表示，代表有应答；高电平用nACK表示，代表无应答。应答信号在I2C总线的数据传输过程中起着非常重要的作用，它将决定总线及连接在总线上设备下一步的状
态和动作。一旦在应答信号上发生错误，例如接收方不按规定返回或返回不正确的应答信号，以及发送方对应答信号的误判，都将造成总线通信的失败。
2.输出到SDA线上的每个字节必须是8位，高位在前，低位在后。每次传输的
字节不受限制，但每个字节必须要有一个应答ACK。如果一接收器件在完
成其他功能（如一内部中断）前不能接收另一数据的完整字节时，它可以保
持时钟线SCL为低，以促使发送器进入等待状态；当接收器准备好接受数
据的其它字节并释放时钟SCL后，数据传输继续进行。
3.数据传送具有应答是必须的。与应答对应的时钟脉冲由主控制器产生，发送
器在应答期间必须下拉SDA线。
4.当寻址的被控器件不能应答时，数据保持为高并使主控器产生停止条件而终止
传输。
5.在传输的过程中，在用到主控接收器的情况下，主控接收器必须发出一数据
结束信号给被控发送器，从而使被控发送器释放数据线，以允许主控器产生
停止条件。
开始传输：I2C总线在开始条件后的首字节决定哪个被控器将被主控器选择，例
外的是“通用访问”地址，它可以在所有期间寻址。当主控器输出一地址时，系统中
的每一器件都将开始条件后的前7位地址和自己的地址进行比较。如果相同，该
器件即认为自己被主控器寻址，而作为被控接收器或被控发送器则取决于R/W位。
四．例子（用GMS97C2051的通用I/O口来作为I2C总线接口，并由软件控制
实现数据传送）
接I2C总线规定：SCL线和SDA线是各设备对应输出状态相“与”的结果，任一设备都可以用输出低电平的方法来延长SCL的低电平时间，以迫使高速
设备进入等待状态，从而实现不同速度设备间的时钟同步。
因此，即使时钟脉冲的高、低电平时间长短不一，也能实现数据的可靠传送，可以用软件控制I/O口做I2C接口。
传输的整个过程：
前面已经介绍过I2C总线是支持多机通信的数据总线，每一个连接在总线上的从机设备或器件都有一个唯一独立的地址，以便于主机寻访。
I2C总线上的数据通信过程是由主机发起的，以主机控制总线，发出起始信号作为开始。在发送起始信号后，主机将发送一个用于选择从机设备的地址字节，以寻
址总线中的某一个从机设备，通知其参与同主机之间的数据通信。地址字节的格式
如下：
地址字节的高7位数据是主机呼叫的从机地址，第8位用于标示紧接下来的数据传输方向：“0”表示要从机准备接收主机下发数据(主机发送／从机接收)；而“l，，则表示主机向从机读取数据(主机接收／从机发送)。
当主机发出地址字节后，总线上所有的从机都将起始信号后的7位地址与自己的地址进行比较：如果相同，则该从机确认自己被主机寻址；而那些本机地址与主机下发的寻呼地址不匹配的从机，则继续保持在检测起始信号的状态，等待下一个起始信号的到来。
被主机寻址的从机，必须在第9个SCK时钟脉冲期间拉低SDA，给出ACK回应，以通知主机寻址成功。然后，从机将根据地址字节中第8他的指示，将自己转换成相应的角色(0—从机接收器；1—从机发送器)，参与接下来的数据传输过程。
图16—4所示为在I2C总线上一次数据传输的示例，它实现了简单的操作：主机向从机读取1字节。图中描述了整个数据传输的全部过程，给出了I2C总线上的时序变化，SDA上的数据情况、以及发送、接收双方相互转换与控制SDA的过程。
＞主机控制SDA。在I2C总线上产生起始信号，同时控制SCL，发送时钟脉冲。在整个传输过程中，SCL都是由主机控制的。
＞主机发送器发送地址字节。地址字节的第8位为“1”。表示准备向从机读取数据。主机在字节发送完成后，放弃对5DA的控制，进入接收检测ACK的状态。
＞所有从机在起始信号后为从机接收器，接收地址字节，与自己地址比对。
＞被寻址的从机在第9个SCL时钟脉冲期间控制SDA．将其拉低，给出ACK应答。
＞主机检测到从机的ACK应答后、转换成主机接收器。准备接收从机发出的数据。
＞从机则根据第8位“1”的设定，在第2个字节的8个时钟脉冲期间作为从机发送器控制SDA。发送1字节的数据。发送完成后放弃对SDA的控制，进入接收检测ACK的状态。
＞在第2个字节的8个传输时钟脉冲期间，主机接收器接收从机发出的数据。当接收到d0位后，主机控制SDA，将其拉低，给出ACK应答。
＞从机接收检测主机的ACK应答c如果是ACK，则难备发送1个新的字节数据；如果是nACK，则转入检测下一个起始信号的状态。
＞在这个示例中，主机收到l字节数据后，转成主机发送器控制SDA，在发出ACK应答信号后，马上发出停止信号，通知本次数据传输结束。
＞从机检测到停止信号，转入检测下一个起始信号的状态。
以上介绍了I2C总线基本的特性、操作时序和通信规范，这些概念对了解、掌握、应用I2C总线尤为重要。这是因为I2C总线在硬件连接上非常简单，只要将所有器件和设备
的SDA、SCL并在一起就可以了，但复杂的通信规范的实现，往往需要软件的控制。尽管AVR的TWI接口在硬件层面上实现了更多的I2C底层协议和数据传送与接收的功能，但对于什么时间发出起始信号、停止信号，如何返回应答信号，以及主／从机之间的发送／接收器的相互转换，还是需要程序员根据实际情况，编写相应的、正确的系统程序才能实现。关于I2C总线更多的特性，例如多主机的总线竞争与仲裁等，本书将不做介绍，有兴趣的读者可以通过本书所附光盘中的参考资料《I2C总线规范》进一步地深入学习。
使用C语言在C51的环境下对IIC的编程范例
// IIC开始
void Start()
{
SDA=1;SCL=1;NOP4();SDA=0;NOP4();SCL=0;
}
// IIC 结束
void Stop()
{
SDA=0;SCL=0;NOP4();SCL=1;NOP4();SDA=1;
}
// IIC 读取应答
void RACK()
{
SDA=1;NOP4();SCL=1;NOP4();SCL=0;
}
// IIC 发送非应答
void NO_ACK()
{
SDA=1;SCL=1;NOP4();SCL=0;SDA=0;
}
// IIC 向从设备的指定地址写入数据
void Write_IIC(uchar addr,uchar dat)
{
Start();
Write_A_Byte(0xa0);
Write_A_Byte(addr);
Write_A_Byte(dat);
Stop();
DelayMS(10);
}