【I2C协议】

规格和从机地址传输

1、I2C的信号

2、数据的有效性（I2C是电平触发采样）

SDA的可变化时机数据线（SDA）上的数据只能在时钟线（SCL）为低电平时进行改变。

SDA的稳定性SCL为高电平期间，SDA必须保持稳定。

在SCL为高电平时，SDA上的数据被视为有效，接收方会在这个时刻对SDA的状态进行采样。

3、数据的传输单元(单位)

I²C总线以字节（8位）为单位传输数据，每次传输一个字节。

4、数据的传输顺序(MSBor LSB)

在I²C数据传输中，数据的传输顺序是MSB（Most Significant Bit，最高有效位）先传输。

5、数据传输方向(读or写)

主机是要给从机发送数据，还是要读取从机的数据。

从机地址传输

7 位从机地址（最常用）

这是 I2C 总线的标准地址格式，支持最多 128 个从机地址（27=128），但其中部分地址被预留为特殊用途（如广播地址），实际可用地址约 112 个。

• 地址字节结构：1 个字节共 8 位，高 7 位为真正的从机地址，最低位（第 0 位）为读写控制位（R/W）
  • 当最低位为0时：表示主设备接下来要向从机写入数据（写操作）
  • 当最低位为1时：表示主设备接下来要从从机读取数据（读操作）

10 位从机地址（扩展格式）

当系统需要挂载超过 128 个从设备时，会采用 10 位从机地址格式，支持最多 1024 个独立地址

• 地址字节结构：10 位地址需要分两个字节发送
  • 第 1 个字节（地址字节 1）：高 5 位固定为11110（10 位地址的标志位），接下来 2 位为 10 位地址的高 2 位，最低位为读写控制位（R/W）
  • 第 2 个字节（地址字节 2）：完整的 8 位为 10 位地址的低 8 位
• 选通过程：主设备发送完两个地址字节后，只有 10 位地址完全匹配的从设备才会应答，后续通信流程与 7 位地址一致。

数据读取

有寄存器区分的通信流程：

写操作：

起始信号 → 从机地址(写) → ACK → 寄存器地址 → ACK → 数据 → ACK → 停止信号

读操作：

起始信号 → 从机地址(写) → ACK → 寄存器地址 → ACK → 重新起始 → 从机地址(读) → ACK → 数据 → NACK/ACK → 停止信号

无寄存器区分的通信流程：

写操作：一般不会使用这种情况，无内存地址无意义。

起始信号 → 从机地址(写) → ACK → 数据 → ACK → 停止信号

读操作：

起始信号 → 从机地址(读) → ACK → 数据 → NACK/ACK → 停止信号

关键差异：有寄存器设备必须先发送寄存器地址告知从机操作位置；无寄存器设备直接进行数据交互，无中间寻址环节。

软件I2C（IO模拟I2C）

函数封装

#include "delay.h" //IO操作函数 #define CT_IIC_SCL_1 HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET) //SCL #define CT_IIC_SCL_0 HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET) //SCL #define CT_IIC_SDA_1 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET) //SCL #define CT_IIC_SDA_0 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET) //SCL #define CT_READ_SDA HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_15) //输入SDA //控制I2C速度的延时 void CT_Delay(void) { delay_us(2); } //电容触摸芯片IIC接口初始化 void CT_IIC_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); /* SCL */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; /* 开漏输出 */ GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 内部上拉 */ GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET); /* 拉高SCL */ /* SDA */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; /* 开漏输出 */ GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 内部上拉 */ GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET); /* 拉高SDA */ } void CT_SDA_IN(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; //PB15设置为输入模式 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); } void CT_SDA_OUT(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; //PB15设置为开漏输出模式 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); } //产生IIC起始信号 void CT_IIC_Start(void) { CT_SDA_OUT(); //sda线输出 CT_IIC_SDA_1; CT_IIC_SCL_1; delay_us(5); CT_IIC_SDA_0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(5); CT_IIC_SCL_0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 } //产生IIC停止信号 void CT_IIC_Stop(void) { CT_SDA_OUT();//sda线输出 CT_IIC_SCL_1; CT_IIC_SDA_0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high delay_us(5); CT_IIC_SDA_1;//发送I2C总线结束信号 } //等待应答信号到来 //返回值：1，接收应答失败 // 0，接收应答成功 uint8_t CT_IIC_Wait_Ack(void) { uint8_t ucErrTime=0; CT_SDA_IN(); //SDA设置为输入 CT_IIC_SDA_1; delay_us(2); CT_IIC_SCL_1; delay_us(2); //CT_Delay(); while(CT_READ_SDA) { ucErrTime++; if(ucErrTime>250) { CT_IIC_Stop(); return 1; } CT_Delay(); } CT_IIC_SCL_0;//时钟输出0 return 0; } //产生ACK应答 void CT_IIC_Ack(void) { CT_IIC_SCL_0; CT_SDA_OUT(); CT_Delay(); CT_IIC_SDA_0; CT_Delay();CT_Delay(); CT_IIC_SCL_1; CT_Delay();CT_Delay(); CT_IIC_SCL_0; } //不产生ACK应答 void CT_IIC_NAck(void) { CT_IIC_SCL_0; CT_SDA_OUT(); CT_Delay(); CT_IIC_SDA_1; CT_Delay(); CT_IIC_SCL_1; CT_Delay(); CT_IIC_SCL_0; } //IIC发送一个字节 //返回从机有无应答 //1，有应答 //0，无应答 void CT_IIC_Send_Byte(uint8_t txd) { uint8_t t; CT_SDA_OUT(); CT_IIC_SCL_0;//拉低时钟开始数据传输 CT_Delay(); for(t=0;t<8;t++) { if(((txd&0x80)>>7)==1)CT_IIC_SDA_1; else if(((txd&0x80)>>7)==0)CT_IIC_SDA_0; txd<<=1; delay_us(5); CT_IIC_SCL_1; delay_us(5); CT_IIC_SCL_0; delay_us(5); } } //读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK uint8_t CT_IIC_Read_Byte(unsigned char ack) { uint8_t i,receive=0; CT_SDA_IN();//SDA设置为输入 //delay_us(30); for(i=0;i<8;i++ ) { CT_IIC_SCL_0; delay_us(4); CT_IIC_SCL_1; receive<<=1; if(CT_READ_SDA)receive++; delay_us(4); } if (!ack)CT_IIC_NAck();//发送nACK else CT_IIC_Ack(); //发送ACK return receive; }