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嵌入式硬件通信接口协议-IIC(一):协议基础-方案运用

  本节继续讲嵌入式硬件通信协议中的又一个串行通信接口-IIC。相比于UART串口协议和I串行外设接口协议,这个IIC又有其独特之处。

  IIC(Inter-Integrated Circuit),总线。

  IIC 即Inter-IntegratedCircuit(集成电路总线),这种总线类型是由半导体公司在八十年代初设计出来的一种简单、双向、二线制、同步串行总线,主要是用来连接整体电路(ICS) ,IIC是一种多向控制总线,也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下,同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源。这种方式简化了信号传输总线接口。

  相比于SPI接口《嵌入式硬件通信接口协议-SPI(一)协议基础》,此处的IIC接口定义了多主多从的通信架构,在同一IIC总线上可有多个主机和多个从机。“主->从”的通信架构使得通信的主动权在主机端,主机发起一次通信,从机做出响应。

  IIC作为两线串行总线,信号线分别是:

  SCL(Serial ClockLine):串行时钟,主机输出

  SDA(Serial DataLine):串行数据,双向传输

  总线信号的电平在电路连接上,一般加上拉Rp,使得总线在空闲时,信号管脚处于高电平状态。

  这里可以具体到一些芯片的手册里,明确写出线路连接时的上拉电阻要求:

  S20要求的上拉电阻:

  在触摸按键BS116A-3芯片数据手册中:

  IIC作为同步串行总线,可以认为有两个同步信号,第一个是通信起始、结束标志,告知挂在IIC总线上的从机设备,何时开始通信并且何时结束;第二个是同步时钟信号SCL,收发双方进行数据的交互时,都是基于SCL的跳变进行逐bit输出和采样的。

  起始标志

  处于空闲状态下时,SCL和SDA都是高电平,某一时刻,SDA拉低,则此刻认为开始IIC传输。

  结束标志

  即将完成数据传输时,在SCL处于高电平时,将SDA强制拉高,则此刻认为结束IIC传输。

  数据输出

  在SCL为低电平时,发送方根据传输的数据内容逐bit改变SDA的电平。

  数据采样

  在SCL为高电平时,接收方读取SDA的电平逐bit接收,并逐8个bit组成1个Byte。

  应答ACK

  ACK表示在8bit数据后的第9个时钟的高电平期间,SDA保持低电平。

  应答NACK

  NACK表示在8bit数据后的第9个时钟的高电平期间,SDA保持高电平。

  关于理解和记忆,推荐分组记忆:

  SCL高电平时,SDA拉低开始,SDA拉高结束;

  SCL高电平时,接收方采样SDA管脚电平;SCL低电平时,发送方改变SDA管脚电平;

  应答位,SDA低电平表示ACK,SDA高电平表示NACK。

  以上就是IIC在通信过程中,可能出现的信号时序状态特征。

  如果要和SPI接口对比,我们发现,在IIC总线上挂了多个从设备,某个时刻某个主机要与某个从设备通信时,却不像SPI那样有单独一个片选信号管脚SS。

  那么IIC要实现主机与指定从机的通信,需要每次开始通信时,主机会先把指定从机设备的地址通过接口发出,这样一来,对应的从机设备即可被选中,才能进行后续的通信操作。

  类似的,每个具有IIC接口的外围器件,其数据手册中都有关于地址的配置:

  SHT20温湿度芯片地址配置:

  BS116-3触摸芯片地址配置:

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