简介

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接
微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。
在 CPU 与被控 IC 之间、 IC与IC之间进行双向传送， 高速IIC总线一般可达 400kbps 以上。

I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：SCL 为高电平时， SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL 为高电平时， SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。 CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号， CPU 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

物理层

1）它只使用两条总线线路：一条双向串行数据线（SDA） ，一条串行时钟线 （SCL）。

2）每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

3）多主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

4）具有三种传输模式 ：标准模式的传 输速率为 100 Kbit/s ，快速模式为 400 Kbit/s ，高速模式下可达 3.4 Mbit/s，但目前大多 I 2 C 设备尚不支持高速模式。

5）片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波以保证数据完整。

6）连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400 pF 限制。

协议层

IIC 的协议包括起始和停止条件、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节，由于我们使用的是 STM32 集成的硬件 IIC 接口，并不需要用软件去模拟 SDA 和SCL 线的时序，所以我们直接以 IIC 通信的流程为大家讲解。

由主机的 IIC 接口产生的传输起始信号，这时连接到 IIC 总线上的所有从机都会接收到这个信号。起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号（SLAVE_ADDRESS），在 IIC 总线上，每个设备的地址都是唯一的。当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据 IIC 协议，这个从机地址可以是 7 位或 10 位。

在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为 0 时，表示后面的数据传输方向是由主
机传输至从机。该位为 1 时，则相反。从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答或非应答信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

若配置的方向传输位为写数据，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据（DATA），数据包的大小为 8 位。主机每发送完一个数据，都要等待从机的应答信号（A），重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号（P），表示不再传输数据。

若配置的方向传输位为读数据，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据，数据包大小也为 8 位。从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号，重复这个过程，可以返回 N 个数据，这个 N 也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号，则从机自动停止数据传输。

STM32的 IIC 特性

1）STM32 的中等容量和大容量型号的芯片均有多达两个的 I 2 C 总线接口。
2）能够工作于多主模式或从模式，分别为主接收器、主发送器、从接收器及从发送器。
3）支持标准模式 100 Kbit/s 和快 速模式 400 Kbit/s，不支持高速模式。
4）支持 7 位或 10 位寻址。
5）内置了硬件 CRC 发生器 / 校验器。
6）I 2 C 的接收和发送都可以使用 DMA 操作。
7）支持系统管理总线（SMBus）2.0 版。

IIC 架构

SCL 线的时序即为 I 2 C 协议中的时钟信号，它由 I 2 C 接口根据时钟控制寄存器
（CCR）控制，控制的参数主要为时钟频率。
而 SDA 线的信号则通过一系列数据控制架构，在将要发送的数据的基础上，根据协议
添加各种起始信号、应答信号、地址信号，实现以 I 2 C 协议的方式发送出去。读取数据时
则从 SDA 线上的信号中取出接收到的数据值。发送和接收的数据都被保存在数据寄存器
（DR）上