学习记录：

近日学习了IIC集成电路总线，记录一下

学习清单：

IIC的介绍
IIC的起始信号、终止信号
IIC的数据的发送
IIC的应答信号
主机发送数据流程、主机接收数据流程

学习内容：

1.IIC的介绍

IIC的全称是Inter-Integrated Circuit，其实是IICBus的简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。I²C的正确读法位“I平方C”（I-squared-C），而“I二C”（“I-two-C”）则是另一种错误但被广泛使用的读法。

2.IIC起始信号、终止信号

IIC是CPU与芯片之间进行通信使用最多的协议，除去电源之外，需要使用的两根线是：SCLK或者SCL（时钟线）和SDA（数据线）。

数据线用来传输数据
时钟信号线用于产生时钟频率，控制时序，实现协议过程

由于它有一根时钟线，所以IIC是同步通信，由于它只有一根数据线，且IIC的主从结构中，主设备和从设备都是会发送信息给对方的，所以IIC协议是半双工的（半双工：只有一根数据线，主设备和从设备分时使用这根数据线进行信息传送）。

在开始通信之前和结束通信我们都需要一个标志信号来标识，以便让计算机知道什么时候是在传输数据。IIC总线规定当SCLK时钟信号一直处于高电平状态时，SDA线由高电平跳转到低电平这个动作，表示起始信号。此时就算SDA数据线的电平跳变完，SCLK依然是高电平。当连接在IIC总线上的外设模块检测到这个信号时，就知道数据要开始传输了，对于结束信号同理；规定，当SCLK时钟信号一直处于高电平状态时，SDA线由低电平跳转到高电平这个动作，表示结束信号。

如图中框起来的部分，分别就是起始信号和结束信号，一般简称为S和P。IIC在空闲的时候，SDA、SDLK都处于高电平状态（由上拉电阻拉起高电平），我们也可以看见在起始信号之前和结束信号之后都是高电平，即都是空闲状态。

3.IIC数据的传送

规定，在数据的传输过程中，SCLK为高电平时，外设模块开始采集SDA数据线上的数据，此时要求SDA 数据线上的电平线上的电平状态必须稳定（这样才能区分高低电平传输的数据），并且只有SCLK为低电平的时候才允许SDA数据线进行高低电平的跳转（这是因为如果SCLK为高电平，然后SDA进行高低电位的跳转会与起始信号和结束信号发生冲突）。

现在比如要传送一个位的数据，上文有提到，在发送完起始信号之后，SCLK时钟信号仍然是高电平，SDA保持低电平，这时还没有开始读取数据，从发了起始信号到真正数据传输之间，会有一段缓冲时间，这段时间是用来准备数据的，先是将SCLK时钟信号拉低一段时间，在这期间将SDA数据线拉高一段时间（即传输了数据1），然后再将SCLK信号拉高，此时这个时钟信号的高电平被外设检测到的话，外设就知道要读取数据了。可结合上图进行理解。

允许数据进行跳转的部分，如下图的中间部分，即SCLK时钟线是低电平的时候。

4.IIC应答信号

主设备往IIC总线上传输器件地址，所有从机接收到之后与自己的地址相比较，若相同，则阿初一个应答ACK（Acknowledge）信号，主设备收到这个信号表示通信连接成功，包括在连接成功之后，数据接收方（主设备或从设备）收到传输的一字节数据后，需要给出响应，即在第九个时钟的时候，发送端释放SDA线控制权，将SDA电平拉高，由接收方控制。
收到的信息分：

ACK（Acknowledge）：若希望继续，则给出“应答信号”，即SDA为低电平
NACK（Not Acknowledge）：若不希望继续，则给出“非应答信号”，即SDA为高电平

比如现在是主机向从机发送信息，在主机传输完一个字节之后，应该要释放总线（协议规定，当SDA和CSLK同时为高时，表示空闲状态），因为这里要让出总线，使从机能发送一个应答信号，此时SDA数据线连接的IO口从输出模式转换成输入模式，这样才能拿到SDA数据线上的应答信号，这样一个字节的数据就从主机到外设传输完毕了。

5.IIC双向通信

主设备通过地址来确定与哪个器件进行通信，IIC总线上每个从设备都有唯一的一个7bit地址物理识别（因为另外还有一位是读写位），这个地址固化在芯片内部，可以在芯片的datasheet上找到。由于IIC地址全零为广播地址，所以IIC总线理论上最多能有2^7-1 = 127个从设备，一般不会带这么多从设备，负载会太大。

6.主机发送数据流程、主机接收数据流程

主机发送数据流程

主机在检测到总线为空闲时，发送一个启动信号“S”，开始一次通信
主机接着发送一个从设备的地址，它由7bit物理地址和1bit读写控制位R/W组成（R/W此时为0）0表示写
相对应的从机收到命令字节后向主机反馈应答信号ACK
主机收到从机的应答信号之后，开始发送第一个字节的数据
从机收到该字节的数据之后就反馈一个应答信号
主机收到应答信号之后再发送下一个字节的数据
主机发完最后一个字节并收到ACK后，向从机发送一个停止信号P结束本次通信并释放总线
从机收到P（结束信号）信号之后也退出与主机之间的通信

主机接收数据的流程

主机发送启动信号后，接着发送地址字节（其中 R/W=1）1表示读
对应的从机接收到地址字节后，返回一个应答信号并向主机发送数据
主机收到数据后向从机反馈一个应答信号ACK
从机收到应答信号之后，再向主机发送下一个数据
当主机完成数据接收之后，向从机发送一个NAK，从机收到非应答信号之后便停止发送
主机发送非应答消息之后，再发送一个停止信号，释放总线结束通信

资料：

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