IIC通讯详解：硬件与软件实现

"出坑笔记.zcx11-iic篇.docx" 在电子工程和嵌入式系统设计中，通信协议是连接不同设备的关键。本文主要关注的是I²C（Inter-Integrated Circuit）协议，这是一种简单、低速的两线制总线协议，广泛应用于微控制器（MCU）之间的通信。I²C协议由Philips（现NXP Semiconductors）在1982年推出，旨在减少电子设备间的连线数量，提高系统集成度。 在MCU中，I²C可以分为硬件IIC和软件IIC。硬件IIC利用MCU内部专有的I²C模块，如STM8和STM32系列，它们提供了专门的引脚和硬件逻辑来处理I²C通信，使得通信过程更为高效，但对MCU的了解和配置要求较高。如果MCU不支持硬件IIC，如STC系列，就需要通过编程实现软件IIC，虽然这种方法可能会增加CPU负担，但灵活性更高，且不会额外占用硬件资源。 无论是硬件IIC还是软件IIC，都需要理解I²C的基本通信协议，该协议规定了主设备（Master）如何与从设备（Slave）进行数据交换。I²C协议包括以下基本步骤： 1. **起始信号**：主设备发送一个起始信号（Start Condition），表示开始新的通信。 2. **地址帧**：接着，主设备发送7位从机地址加上1位读/写位（R/W bit）。如果R/W位为0，则为主设备向从设备写数据；如果为1，则为主设备从从设备读数据。 3. **应答/非应答**：从设备接收到地址后，如果识别自身为被选中的从机，会回应一个应答信号（Acknowledge，ACK）；否则，保持线路高电平，表示非应答（Not Acknowledge，NACK）。 4. **数据传输**：根据R/W位，主设备和从设备开始进行数据传输。每次传输一个字节，接收方回应一个ACK或NACK。 5. **停止信号**：传输结束后，主设备发送一个停止信号（Stop Condition），结束当前通信。 软件IIC的参考代码示例可能包含以下部分： ```c // 主机写操作 void IIC_Send_Byte(uint8_t Data) { // 逐位发送数据，并等待从机应答 } // 主机读操作 uint8_t IIC_Read_Byte(uint8_t Ack) { // 从线路上读取一个字节，并返回是否发送应答信号 } // 写多个字节 void IIC_Write_Multi_Byte(uint8_t* Buf, uint8_t Len) { for (uint8_t i = 0; i < Len; i++) { IIC_Send_Byte(Buf[i]); } } // 读多个字节 void IIC_Read_Multi_Byte(uint8_t* Buf, uint8_t Len) { for (uint8_t i = 0; i < Len; i++) { Buf[i] = IIC_Read_Byte((i == Len - 1) ? 0 : 1); // 最后一个字节不发送应答 } } ``` 而对于硬件IIC，通常会使用中断机制进行从机读写操作，例如STM32的HAL库提供了相应的API接口来简化操作。硬件IIC的中断代码示例可能会包含以下部分： ```c // 硬件IIC中断服务函数 void HAL_I2C_Master_InterruptHandler(I2C_HandleTypeDef *hi2c) { // 处理接收中断 if (HAL_I2C_IsAcknowledgeFailed(hi2c) == HAL_OK) { // 数据接收完成，处理读取的数据 } else { // 处理未应答情况 } // 处理发送中断 if (HAL_I2C_Master_Transmit_IT(hi2c, ...) == HAL_OK) { // 发送数据 } else { // 处理发送错误 } } // 主机写操作 void IIC_Master_Write(uint8_t SlaveAddr, uint8_t* Buf, uint8_t Len) { HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c1, (SlaveAddr << 1), Buf, Len); } // 主机读操作 void IIC_Master_Read(uint8_t SlaveAddr, uint8_t* Buf, uint8_t Len) { HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c1, (SlaveAddr << 1) | 1, Buf, Len); // R/W位设为1 } ``` 理解和掌握I²C协议及其实施是嵌入式系统开发中的基本技能。无论选择硬件IIC还是软件IIC，都需要确保正确地执行协议规范，以保证数据的准确无误传输。在实际项目中，应根据设备特性、性能需求以及资源限制来选择合适的I²C实现方式。