I2C总线模拟：主从机程序设计与时序解析

"软件模拟IIC主从机的实践与理论" IIC（Inter-Integrated Circuit）总线，也称为I2C，是一种由飞利浦（现为NXP）公司开发的简单、高效的两线式串行通信协议，常用于微控制器与外部设备之间的通信。IIC总线只需要两条线——SCL（时钟线）和SDA（数据线）即可实现双向通信，大大减少了硬件资源的使用。 **I2C总线引脚定义：** SCL（Serial Clock）是时钟线，负责同步数据传输的时序；SDA（Serial Data）是数据线，用于数据的发送与接收。在空闲状态下，SCL和SDA都应保持高电平。 **总线时序定义：** - **空闲模式**：SDA和SCL都为高电平。 - **线与操作**：当任何设备输出低电平时，总线信号将变为低电平。 - **数据有效性**：在SCL为高电平时，SDA上的数据必须保持稳定，数据线上的改变只能在SCL为低电平时进行。 - **起始和终止信号**：起始信号是SCL高电平时SDA下降沿，终止信号是SCL高电平时SDA上升沿。两者均由主机发起。 - **从机事务处理**：从机在接收完一个字节后，如果需要延迟，可以通过拉低SCL线使主机等待。 - **字节传送与应答**：每个字节包括8位数据，之后跟一个应答位。从机不能应答时，释放SDA；主机接收后，通过非应答结束传送。 - **数据帧格式**：起始信号后是7位从机地址，第8位指示读写方向（0为写，1为读）。 **模拟I2C主机程序编程**： 模拟I2C主机需要控制SCL和SDA线的电平变化来执行起始信号、停止信号、地址发送、数据传输和接收等操作。主机需要精确地控制时序，确保在正确的时间点上切换SDA线的状态，并在SCL高电平时保持稳定。 **模拟I2C从机编程（中断方式）**： 从机通常通过检测SCL和SDA线的变化来响应主机的通信。在中断方式下，从机会监听SCL线的下降沿，以便在合适的时候读取或改变SDA线的状态。一旦接收到地址匹配，从机开始接收或发送数据，并在必要的时候通过拉低SCL线来控制传输节奏。 模拟IIC主从机的实践涉及到对微控制器的GPIO口的精细控制，通常使用延时函数来模拟时序。对于单片机，这可能需要编写低级的定时器或循环延迟代码。同时，需要注意的是，不同微控制器的GPIO特性可能会有所不同，因此代码可能需要根据具体硬件进行调整。 在实际应用中，软件模拟IIC主从机可以节省硬件成本，但效率可能不如专用的硬件IIC接口。然而，对于学习IIC协议、调试设备或者在资源有限的系统中，软件模拟是一种有效的解决方案。