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IIC总线协议介绍

IIC：Inter Integrated Circuit，集成电路总线，是一种同步、串行、半双工通信总线。

同步：需要时钟线
串行：数据一位一位地发送
半双工：同一时间只能接受或发送，不能同时发送或接收

总线就是传输数据的通道
协议就是传输数据的规则

IIC总线结构图

SDA：数据线——空闲处于高电平（接上拉电阻）
SCL：时钟线——空闲处于高电平（接上拉电阻）

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3.4M bit/s

IIC协议

三个信号：起始信号、停止信号、应答信号

两个注意：数据有效性、数据传输顺序
一个状态：空闲状态

起始信号：SCL高电平时，SDA从高电平变为低电平
停止信号：SCL为高电平时，SDA从低电平变为高电平

应答信号：上拉电阻影响下SDA默认为高，而从机拉低SDA就是确认收到数据即ACK，否则NACK。

数据先发送高位（MSB），以字节传输，数据在SCL高电平稳定

发送完后，注意释放SDA，从机应答

空闲状态：两根线都是高电平

void iic_start(void)
{
	IIC_SDA(1);
	IIC_SCL(1);
	iic_delay();
	IIC_SDA(0);
	iic_delay();
	//钳住总线，准备发送or接收数据
	IIC_SCL(0);
	iic_delay();
}
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void iic_stop(void)
{
	IIC_SDA(0);
	iic_delay();
	IIC_SCL(1);
	iic_delay();
	IIC_SDA(1);//发送总线停止信号
	iic_delay();
}
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检测应答信号
uint8_t iic_wait_ack(void)
{
	IIC_SDA(1);
	iic_delay();
	IIC_SCL(1);
	iic_delay();
	if(IIC_READ_SDA)//SDA为高电平NACK
	{
		iic_stop();
		return 1;
	}
	IIC_SCL(0);//SCL拉低结束ACK检查
	iic_delay();
	return 0;
}
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void iic_ack(void)
{
	IIC_SCL(0);
	iic_delay();
	IIC_SDA(0);
	iic_delay();
	IIC_SCL(1);
	iic_delay();
}
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void iic_nack(void)
{
	IIC_SCL(0);
	iic_delay();
	IIC_SDA(1);
	iic_delay();
	IIC_SCL(1);
	iic_delay();
}
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发送一字节数据

void iic_send_byte(uint8_t data)
{
	for(uint8_t i=0; i<8; i++)
	{
		IIC_SDA((data & 0x80) >> 7);
		iic_delay();
		IIC_SCL(1);
		iic_delay();
		IIC_SCL(0);
		data <<= 1;
	}
	IIC_SDA(1); //发送完成主机释放SDA线
}
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//1：ack；0：nack
uint8_t iic_read_byte(uint8_t ack)
{
	uint8_t receive;
	for(uint8_t i; i<8; i++)
	{
		receive <<= 1;
		IIC_SCL(1);
		iic_delay();
		if(IIC_READ_SDA)
			receive++;
		IIC_SCL(0);
		iic_delay();
	}
	if(!ack)
		iic_nack();
	else
		iic_ack();
	return receive;
}
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AT24C02

EEPROM是一种掉电后数据不丢失的存储器，常用来存储一些配置信息，在系统重新上电时就可以加载。

与之相比的是，后备域需要额外电源供电才能防止丢失。

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，如果接高电平，就只能读取，不能写入
SCL、SDA接上拉电阻

24C02由32页组成，每页8Byte

AT24C02通讯地址

• 不可编程部分：1010
• 可编程部分：由硬件管脚A0/A1/A2决定
• 数据传输方向：读数据‘1’，还是写数据‘0’

写操作地址：0xA0，读操作地址：0xA1

支持的写操作：页写、字节写

AT24C02读写时序

写操作：支持字节写模式和页写模式

字节写模式就是一个地址一个数据进行写入。
页写模式就是连续写入数据。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。

读模式：支持当前地址读模式、随机地址读模式和顺序读模式

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

硬件和软件IICC对比

• 硬件IIC：比较复杂，速度快，较稳定，需使用特定管脚
• 软件IIC：操作过程比较清晰，速度较慢，稳定，任意管脚，比较灵活

IIC配置步骤

1. 使能SCL和SDA对应时钟：__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
2. 设置GPIO工作模式：SDA开漏/SCL推挽输出模式，使用HAL_GPIO_Init初始化
3. 编写基本信号：起始信号、停止信号、应答信号，主机：send_ack、sen_nack、wait ack
4. 编写读和写函数：iic_read_byte、iic_send_byte，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引脚既要做为输出，又要作为输入，用开漏输出模式，很好地实现输出输入共用，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，来实现低电平发送，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，此时由于MCU无法输出1，相当于释放MCU，此时外部器件可以主动拉低SDA引脚/释放SDA引脚，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，即可获得SDA脚的高低电平状态，从而实现输入检测。