IIC串行总线的基本介绍与代码详解
一. iic的基本介绍 1.1iic的简介 iic是双线（不算地线）半双工的一种通讯方式（可以双向通讯，但不可以在同一时间双向数据传输）.
iic串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线sda，另一根是时钟线scl，其时钟信号是由主控器件产生。所有接到iic总线设备上的串行数据sda都接到总线的sda上，各设备的时钟线scl接到总线的scl上。对于并联在一条总线上的每个ic都有唯一的地址。
图1 iic拓扑网络 图2 iic时序图 1.2地址问题 iic设备地址
协议格式中第一个字节(为slave address)由7位地址和一位r/w读写位组成的，这字节是个器件地址。
常用iic接口通用器件的器件地址是由种类型号，及寻址码组成的，共7位。
如格式如下：
d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0
(1)、器件类型：d7-d4 共4位决定的。这是由半导公司生产时就已固定此类型的了，也就是说这4位已是固定的。
(2)、用户自定义地址码：d3-d1共3位。这是由用户自己设置的，通常的作法如eeprom这些器件是由外部ic的3个引脚所组合电平决定的（用常用的名字如a0,a1,a2）。这也就是寻址码。所以为什么同一iic总线上同一型号的ic只能最多共挂8片同种类芯片的原因了。
(3)、最低一位就是r/w位，，“0”表示写，“1”表示读（通常读写信号中写上面有一横线，表示低电平）。所以iic设备通常有两个地址，即读地址和写地址。
iic 设备的7 位地址是就当前iic总线而言的，是“相对地址”。不同的iic总线上的设备可以使用相同的7 位地址，但是它们所在的i2c 总线不同。所以在系统中一个iic设备的“绝对地址”由二元组（iic适配器的id 和设备在该总线上的7 位地址）表示。”，所以这个函数的作用主要是排除同一iic总线上出现多个地址相同的设备。
1.3 iic协议 iic总线在传输数据的过程中一共有三种类型信号，分别为：开始信号、结束信号和应答信号。这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。同时我们还要介绍其空闲状态、数据的有效性、数据传输。
图2 iic时序图 (1)空闲状态
当iic总线的数据线sda和时钟线scl两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
(2)起始信号与停止信号
起始信号：当时钟线scl为高期间，数据线sda由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号；
停止信号：当时钟线scl为高期间，数据线sda由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
(3) 应答信号
发送器每发送一个字节（8个bit），就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。
应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ack，简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；
应答信号为高电平时，规定为非应答位（nack），一般表示接收器接收该字节没有成功。
对于反馈有效应答位ack的要求是：接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将数据线sda拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个nack信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放数据线sda，以便主控接收器发送一个停止信号p。
(4)数据有效性
iic总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定；只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。即：数据在时钟线scl的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定。
(5)数据的传达
在iic总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在scl串行时钟的配合下，在sda上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。
二.代码 关于iic代码部分的内容这里主要讲解hal块部分的内容。这里hal初始化的三个部分包括：引脚配置初始化，写数据函数，读数据函数。
在引脚配置的 iicinit 中对iic的两个 引脚（scl，sda）进行引脚的配置，并对iic相关的库函数进行配置，其中引脚的配置这里不再进行讲解，需要注意的是gpio的模式要配置成gpio_mode_af_od 复用开漏输出或者gpio_mode_out_pp数据寄存器输出。
关于iic的配置，iic的模式，自身地址，
typedef struct{ uint32_t i2c_clockspeed; /*设置scl时钟频,此值不低于40000*/ uint16_t i2c_mode; /* 指定工作模式,可选i2c模式和smbus模式*/ uint16_t i2c_dutycycle; /*指定时钟占空比,可选 low/high=2:1以及16:9模式*/ uint16_t i2c_ownaddress1; /*指定自身的i2c设备地址 */ uint16_t i2c_ack; /*使能或者关闭响应 (一般都是使能) */ uint16_t i2c_acknowledgedaddress; /*指定地址的长度,可以位7位及10位 */}i2c_inittypedef; • i2c_clockspeed 设置i2c的传输速率，在调用初始化函数时，函数会根据我们输入的数值经过运算后把时钟因子写入到i2c的时钟控制寄存器ccr。而我们写入的这个参数值不得高于400khz。实际上由于ccr寄存器不能写入小数类型的时钟因子，影响到 scl的实际频率可能会低于本成员设置的参数值，这时除了通讯稍慢一点以外，不会对i2c的标准通讯造成其它影响。
• i2c_mode 选择i2c的使用方式，有i2c模式(i2c_mode_i2c )和smbus主、从模式(i2c_mode_smbushost、 i2c_mode_smbusdevice ) 。 i2c不需要在此处区分主从模式，直接设置i2c_mode_i2c即可。
• i2c_dutycycle 设置i 2c的scl线时钟的占空比。该配置有两个选择，分别为低电平时间比高电平时间为2：1 ( i2c_dutycycle_2)和16：9 (i2c_dutycycle_16_9)。其实这两个模式的比例差别并不大，一般要求都不会如此严格，这里随便选就可以了。
• i2c_ownaddress1 配置stm32的i2c设备自己的地址，每个连接到i2c总线上的设备都要有一个自己的地址，作为主机也不例外。地址可设置为7位或10位(受下面 i2c_acknowledgeaddress成员决定)，只要该地址是i2c总线上唯一的即可。 stm32的i2c外设可同时使用两个地址，即同时对两个地址作出响应，这个结构成员i2c_ownaddress1配置的是默认的、oar1寄存器存储的地址，若需要设置第二个地址寄存器oar2，可使用 i2c_ownaddress2config函数来配置，oar2不支持10位地址。
• i2c_ack_enable 配置i 2c应答是否使能，设置为使能则可以发送响应信号。一般配置为允许应答(i2c_ack_enable)，这是绝大多数遵循i 2c标准的设备的通讯要求，改为禁止应答(i2c_ack_disable)往往会导致通讯错误。
• i2c_acknowledgeaddress 选择i2c的寻址模式是7位还是10位地址。这需要根据实际连接到i2c总线上设备的地址进行选择，这个成员的配置也影响到 i2c_ownaddress1成员，只有这里设置成10位模式时， i2c_ownaddress1才支持10位地址。
利用库函数版本编写hal代码部分如下：
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图1 iic拓扑网络 图2 iic时序图 1.2地址问题 iic设备地址
协议格式中第一个字节(为slave address)由7位地址和一位r/w读写位组成的，这字节是个器件地址。
常用iic接口通用器件的器件地址是由种类型号，及寻址码组成的，共7位。
如格式如下：
d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0
(1)、器件类型：d7-d4 共4位决定的。这是由半导公司生产时就已固定此类型的了，也就是说这4位已是固定的。
(2)、用户自定义地址码：d3-d1共3位。这是由用户自己设置的，通常的作法如eeprom这些器件是由外部ic的3个引脚所组合电平决定的（用常用的名字如a0,a1,a2）。这也就是寻址码。所以为什么同一iic总线上同一型号的ic只能最多共挂8片同种类芯片的原因了。
(3)、最低一位就是r/w位，，“0”表示写，“1”表示读（通常读写信号中写上面有一横线，表示低电平）。所以iic设备通常有两个地址，即读地址和写地址。
iic 设备的7 位地址是就当前iic总线而言的，是“相对地址”。不同的iic总线上的设备可以使用相同的7 位地址，但是它们所在的i2c 总线不同。所以在系统中一个iic设备的“绝对地址”由二元组（iic适配器的id 和设备在该总线上的7 位地址）表示。”，所以这个函数的作用主要是排除同一iic总线上出现多个地址相同的设备。
1.3 iic协议 iic总线在传输数据的过程中一共有三种类型信号，分别为：开始信号、结束信号和应答信号。这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。同时我们还要介绍其空闲状态、数据的有效性、数据传输。
图2 iic时序图 (1)空闲状态
当iic总线的数据线sda和时钟线scl两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
(2)起始信号与停止信号
起始信号：当时钟线scl为高期间，数据线sda由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号；
停止信号：当时钟线scl为高期间，数据线sda由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
(3) 应答信号
发送器每发送一个字节（8个bit），就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。
应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ack，简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；
应答信号为高电平时，规定为非应答位（nack），一般表示接收器接收该字节没有成功。
对于反馈有效应答位ack的要求是：接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将数据线sda拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个nack信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放数据线sda，以便主控接收器发送一个停止信号p。
(4)数据有效性
iic总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定；只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。即：数据在时钟线scl的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定。
(5)数据的传达
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• i2c_mode 选择i2c的使用方式，有i2c模式(i2c_mode_i2c )和smbus主、从模式(i2c_mode_smbushost、 i2c_mode_smbusdevice ) 。 i2c不需要在此处区分主从模式，直接设置i2c_mode_i2c即可。
• i2c_dutycycle 设置i 2c的scl线时钟的占空比。该配置有两个选择，分别为低电平时间比高电平时间为2：1 ( i2c_dutycycle_2)和16：9 (i2c_dutycycle_16_9)。其实这两个模式的比例差别并不大，一般要求都不会如此严格，这里随便选就可以了。
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• i2c_ack_enable 配置i 2c应答是否使能，设置为使能则可以发送响应信号。一般配置为允许应答(i2c_ack_enable)，这是绝大多数遵循i 2c标准的设备的通讯要求，改为禁止应答(i2c_ack_disable)往往会导致通讯错误。
• i2c_acknowledgeaddress 选择i2c的寻址模式是7位还是10位地址。这需要根据实际连接到i2c总线上设备的地址进行选择，这个成员的配置也影响到 i2c_ownaddress1成员，只有这里设置成10位模式时， i2c_ownaddress1才支持10位地址。
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