PIC单片机C程序设计进阶：I2C总线通信的权威解读

# 1. I2C总线概述**

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于在集成电路（IC）之间进行数据传输。它是一种简单、低成本的通信方式，广泛应用于各种电子设备中，例如微控制器、传感器和显示器。

I2C总线采用主从模式，其中一个设备（主机）控制总线，而其他设备（从机）响应主机的请求。主机负责发起通信，指定从机地址并发送或接收数据。从机仅在收到主机请求时才响应，并根据请求进行数据传输。

# 2. I2C总线通信原理

### 2.1 I2C总线协议

#### 2.1.1 数据传输格式

I2C总线采用8位数据传输格式，每个数据位由一个起始位和一个停止位组成。起始位为低电平，停止位为高电平。数据位从最低有效位（LSB）开始传输，最高有效位（MSB）最后传输。

#### 2.1.2 起始和停止条件

起始条件由主机发出，表示数据传输的开始。起始条件由一个起始位（低电平）和一个数据位（高电平）组成。

停止条件由主机或从机发出，表示数据传输的结束。停止条件由一个数据位（高电平）和一个停止位（高电平）组成。

### 2.2 I2C总线时序

#### 2.2.1 时序图

I2C总线时序图如下：

sequenceDiagram
participant Host
participant Slave
Host->Slave: Start
Slave->Host: ACK
Host->Slave: Data1
Slave->Host: ACK
Host->Slave: Data2
Slave->Host: ACK
Host->Slave: Stop

#### 2.2.2 数据速率

I2C总线的数据速率由时钟频率决定。标准模式下，时钟频率为100kHz，快速模式下，时钟频率为400kHz。高速模式下，时钟频率可高达3.4MHz。

**代码示例：**

// I2C总线初始化
void I2C_Init(void)
{
    // 设置时钟频率为100kHz
    I2C_SetClock(100000);

    // 启用I2C总线
    I2C_Enable();
}

**参数说明：**

* `I2C_SetClock(100000)`：设置I2C总线时钟频率为100kHz。
* `I2C_Enable()`：启用I2C总线。

**逻辑分析：**

该代码首先设置I2C总线时钟频率为100kHz，然后启用I2C总线。这确保了I2C总线以正确的时钟频率运行，并能够与其他I2C设备通信。

# 3. PIC单片机I2C总线硬件配置**

### 3.1 I2C总线引脚

PIC单片机通常具有专用的I2C总线引脚，用于与外部设备通信。这些引脚通常标记为SCL（串行时钟线）和SDA（串行数据线）。

* **SCL（串行时钟线）：**由主机设备生成，用于同步总线上的数据传输。
* **SDA（串行数据线）：**用于在主机和从机之间传输数据。

### 3.2 I2C总线寄存器

PIC单片机提供了专门的I2C总线寄存器，用于配置和控制总线通信。这些寄存器通常包括：

* **I2CSTAT（I2C状态寄存器）：**指示总线的状态，包括传输方向、错误标志和中断标志。
* **I2CCON（I2C控制寄存器）：**用于配置总线模式（主机或从机）、时钟速率和中断使能。
* **I2CDAT（I2C数据寄存器）：**用于发送和接收数据。

### 3.3 I2C总线中断

PIC单片机支持I2C总线中断，允许在发生特定事件时中断当前执行的程序。这些中断包括：

* **SSPIF（串行外设中断标志）：**当I2C总线传输完成或发生错误时触发。
* **SSPOV（串行外设溢出标志）：**当I2C数据寄存器溢出时触发。
* **SSPBUF（串行外设缓冲区标志）：**当I2C数据寄存器为空或已满时触发。

**代码块：I2C总线寄存器配置**

// 配置I2C总线为主机模式，时钟速率为100kHz
I2CCONbits.I2CEN = 1; // 启用I2C总线
I2CCONbits.I2C16 = 0; // 使用7位地址模式
I2CCONbits.I2CSIDL = 0; // 在睡眠模式下启用I2C
I2CCONbits.IPEN = 1; // 启用I2C中断
I2CBRG = 100; // 设置时钟速率为100kHz

**逻辑分析：**

* `I2CCONbits.I2CEN = 1;`：启用I2C总线。
* `I2CCONbits.I2C16 = 0;`：使用7位地址模式。
* `I2CCONbits.I2CSIDL = 0;`：在睡眠模式下启用I2C。
* `I2CCONbits.IPEN = 1;`：启用I2C中断。
* `I2CBRG = 100;`：设置时钟速率为100kHz。

**参数说明：**

* `I2CCONbits.I2CEN`：I2C总线使能位。
* `I2CCONbits.I2C16`：7位/10位地址模式选择位。
* `I2CCONbits.I2CSIDL`：睡眠模式下I2C使能位。
* `I2CCONbits.IPEN`：I2C中断使能位。
* `I2CBRG`：I2C总线时钟速率发生器寄存器。

**表格：I2C总线中断标志**

| 中断标志 | 描述 |
|---|---|
| SSPIF | 串行外设中断标志 |
| SSPOV | 串行外设溢出标志 |
| SSPBUF | 串行外设缓冲区标志 |

# 4. PIC单片机I2C总线软件编程

### 4.1 I2C总线初始化

在使用I2C总线之前，需要对PIC单片机进行初始化配置，包括设置I2C总线时钟速率、I2C总线模式（主机或从机）以及I2C总线中断使能。

// I2C总线初始化函数
void I2C_Init(void) {
    // 设置I2C总线时钟速率
    I2C_SetClock(I2C_CLOCK_400KHZ);

    // 设置I2C总线模式（主机或从机）
    I2C_SetMode(I2C_MODE_MASTER);

    // 使能I2C总线中断
    I2C_EnableInterrupt();
}

### 4.2 I2C总线读写操作

#### 4.2.1 主机模式读写

在主机