STM32 I2C通信协议详解

一、介绍

I2C是 Inter-Intergrated Circut（集成电路）的缩写，是一种非常流行且功能强大的总线，用于单个主设备或多个主设备与单个或多个从设备之间的通信。多个不同的外设可以共享一条总线，该总线仅通过2条线（SCL和SDA）连接到处理器（或者控制器），这是与其他接口相比，I2C总线最大的优点之一。

SCL:Serial Clock 串行时钟线，仅由主机控制。

SDA:Serial Data  串行数据线，由主机和从机共同控制。

I2C是同步半双工的串行总线。

同步：通信双方都依赖于同一个时钟信号进行数据同步，从而保证数据交换的准确性和完整性。

半双工：可以双向传输数据，但不能同时进行。（对讲机）

I2C支持一主多从和多主多从。

在多主机环境中，如果其中一台主机发送高电平，但是检测到线路为低电平（被另一台设备将其拉低），则停止通信，因为另一台设备正在使用总线。（低电平优先）

二、电气特性

I2C的SCL、SDA都采用开漏模式+弱上拉电阻的方式。

I2C协议规定：禁止所有设备输出强上拉的高电平。

当无上拉电阻时：如果一个设备输出高电平，另外一个设备输出低电平，就会导致电源短路，这也是我们需要极力避免的。

而I2C设计的上拉电阻很好的解决了这个问题。

上拉电阻的存在可以限制电流流动，使得电平稳定在高电平状态。

即使两个设备在电平上产生了冲突，上拉电阻也会限制电流流过，避免电流过大造成损坏。因此，I2C总线具有一定的自保护能力，能应对潜在的通信问题。

漏极开路下拉总线：

Logic传输低电平，使场效应管导通，直接接地短路，Vbus被强下拉到GND。

漏极开路释放总线：

Logic传输高电平，场效应管断开，上拉电阻将Vbus的电压拉高。

三、数据格式

1、START和STOP

I2C的SDA和SCL在空闲时都是处于高电平状态。

规定：

当SCL为高电平时，SDA完成由高到低的转变，为START（开始信号）。

当SCL为高电平时，SDA完成由低到高的转变，为STOP（结束信号）。

2、数据和字节

定义：在SCL的一个时钟脉冲周期内，若SDA稳定为高电平，则为数据1；若SDA稳定为低电平，则为数据0。

一个字节由SDA线上的8位组成。

字节都介于START和STOP信号之间。

3、应答位

第九位为应答位，跟在每个字节（数据、地址字节）的后面，由接收方决定，应答成功为ACK，失败为NACK。

ACK表示该字节已成功接收，并且可以发送另一个字节。

在第九个时钟周期检测：若SDA为低电平，则为ACK；若SDA为高电平，则为NACK。

四、读写数据

1、向从器件写数据

步骤：

（1）主机发送START信号

（2）寻址，主机发送要写入的设备地址，并将最后一位设置为写入

【0表示写入，1表示读取】

（3）主机发送要写入的寄存器地址

（4）主机发送要写入的字节

（5）主机发送STOP信号

2、读取从器件数据

注意，在读取从器件数据时，我们需要先进行写入操作，找到需要读取的设备寄存器地址，再进行读取操作。

步骤：

（1）主机发送START信号

（2）寻址，找到希望读取的从机地址，附带写入位（W:0,R:1）

（3）主机发送要读取的寄存器地址

（4）主机发送Repeated START，以及希望读取的从机的地址，附带读取位1

（5）从机发送寄存器中的数据给主机

（6）主机发送应答位，ACK表示继续，NACK表示停止通信

（7）主机发送STOP信号

Repeated START : 仍然在START和STOP内，否则这可能导致主设备失去对另一个设备的控制权（在多主环境中）。