本文是用于个人学习记录，如有出错请多多指教！

                                          IIC总线

一、I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

二、那什么是并行通信和串行通信？

（1）在微机系统中，CPU 与外部的基本通信方式有两种：

并行通信——数据各位同时传送；

串行通信——数据一位位顺序传送

图1 是这两种方式的示意图。一般快速设备之间采用并行通信，譬如CPU 与存储设备、存储器与存储器、主机与打印机等都采用并行通讯。并行通讯，有多少位数据就必须有多少根数据线，如下图是11 位数据就有11 根数据线。串行通信最少可以只需一根通信线，只发或只收。因而大大节省了系统资源，降低了系统成本。由于只用一根数据线，所以是以降低传送速度来换取资源的，它常用在传送距离远，速度要求不高的场合

(一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯.并行通讯的特点是:各数据位同时传送,传送速度快、效率高,但有多少数据位就需多少根数据线,因此传送成本高,且只适用于近距离(相距数米)的通讯.

一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯.串行通讯的特点是:数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但送速度慢.串行通讯的距离可以从几米到几千米)

（2）串行通信的传送方式通常有3 种：

全双工、半双工及单工通讯： 以公路来类比，全双工的通讯就是一个双向车道，两个方向上的车流互不相干；半双工则像乡间小道那样，同一时刻只能让一辆小车通过，另一方向的来车只能等待道路空出来时才能经过；而单工则像单行道，另一方向的车辆完全禁止通行。

IIC就是半双工通信。

三、那么什么是同步通信与异步通信呢？

同步通讯与异步通讯： 根据通讯过程中是否有使用到时钟信号进行简单的区分。

在同步通讯中，收发设备双方会使用一根信号线表示时钟信号，在时钟信号的驱动下双方进行协调，同步数据

在异步通讯中，不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些同步用的信号位，或者把主体数据进行打包，以数据帧的格式传输数据

  简单来说，同步通信是要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号,双方使用频率一致的时钟，它的分组相比异步则大得多，称为一个数据帧，通过独特的bit串作为启停标识。发送方要以固定的节奏去发送数据，而接收方要时刻做好接收数据的准备，识别到前导码后马上要开始接收数据了。

异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时隙可以是任意的，双方可以有各自自己的时钟，传输通常是很小的分组，比如一个字符为一组，接收端必须时刻做好接收的准备，发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。（接收方是在数据的起始位和停止位的帮助下实现信息同步的）

优点：同步通信效率更高，更加适合对速度要求高的传输。

          异步通信通信设备简单、便宜，但传输效率较低。

四、通讯速率

时钟频率与数据传输率是如何对等的喃。因为一个SCL时钟周期只能传输1bit数据（并且只能在SCL的低电平期间进行SDA数据电平的变化），假如SCL的时钟频率为100KHz，那么1s中就能产生100K个SCL时钟周期，也就是说1s中可以传输100Kbit的数据。此时，可以看出时钟频率100KHz与数据传输率100Kbit/s就是一样的了。

         IIC传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s；也可以理解为时钟频率在标准模式下可达100kHz，快速模式下可达400kHz，高速模式下可达3.4MHz。

eg:现在我需要通讯每秒传输速率200Kbit,那么我时钟频率得多少？

理论上计算：不计算起始与停止与应答时间，单单一个字节计算，每秒200Kbit即1秒钟需要200K个时钟周期（一个周期传输一个位），200K*T = 1s,即T = 5us  f = 1/5 =   200KHZ

所以要决定传输速率需求，我除了计算SCK周期还得知道从机的通讯能达到多少，如下图

 我是随便截图一个SPI的，IIC也是一样，只是我们注意时钟频率极限值

（1）通常以比特率(Bitrate)来表示，即每秒钟传输的二进制位数，单位为比特每秒(bit/s)，单位bps/s(（b,是“每”的意思，每秒传输多少位）

单位区别：

计算机中的信息都是二进制的0和1来表示，其中每一个0或1被称作一个位，用小写b表示，即bit（位）；大写B表示byte,即字节，一个字节＝八个位，即1B＝8b；前面的大写K表示千的意思，即千个位（Kb)或千个字节(KB)。表示文件的大小单位，一般都使用字节（KB）来表示文件的大小。

Mbps 即 Milionbit pro second(百万位每秒)；

Kbps 即 Kilobit pro second（千位每秒）；

bps 即 bit pro second（位每秒）

进制：1Milionbit=1024Kilobit=1024*1024bit；2^10

这是通常用来衡量带宽的单位，指每秒钟传输的二进制位数；

而通常软件上显示的速度则是指每秒种传输的字节数（Byte）通常用B（大写）表示；

MB即百万字节也称兆字节；
KB即千字节；

B即字节；

之间关系为1MB=1024KB=1024*1024B；

所以：KBps和Kbps是完全不同的概念

bit一般用于网络速度的描述和各种通信速度中。
Byte用于计算硬盘、内存的大小

举个例子：我们经常说网线宽带：

1M带宽 = 1Mbps = 1000Kbps = 1000/8KBps = 125KBps;

所以就有了我们常说的 1M的带宽下载的速度一般不会超过125KB每秒

（2）波特率

波特率 波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)

注意：单位问题

首先先来说下 为什么串口通信中描述通信速率时用到了波特率，其单位都写成比特率的单位，波特率明明有自己的单位baud但为什么要用比特率的单位？

那这就得说下波特的定义，波特定义指的是：单位时间传送的码元个数

那什么是码元？一个数字脉冲就是一个码元。通俗的理解，电路传输信号是靠波形的变化来识别每一位（英文单位bit）信息的，那么这一位信息的波形就叫作码元。

而比特：是英文的bit音译过来的，信息的度量单位。bit的意思是位，即一位信息，当用二进制0和1表示数据时，0是一位，1也是一位，就是1bit。

所以说当一个码元表示了一位信息，波特就等于比特。
也就是说：码元是二进制的，即波形有两种，就只能表示0和1，也就是说一个码元只能表示一位（0或1）。

　　比特率在数值上和波特率有这样的关系：

　　波特率与比特率的关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。

　　I=S*log2（N）

　　[1]其中I为传信率，S为波特率，N为每个符号负载的信息量，以比特为单位。

所以假设：波特率是600baud,若码元是二进制的，比特率是600bps I = 600*log2（2） = 600bps

所以这就是在串口通信中，大家会以波特率600bps写，因计算机是以二进制计算。

那什么时候不等？

一个码元表示多位信息的时候。

如果波形是四进制的，那么波形有四种，就能表示00 01 10 11四种数据，每一个码元就携带了两位的信 息。 依次类推，八进制的码元就能携带3位信息。

波特率是600baud,若码元是八进制的，比特率就是1800bps（因为一个码元携带了三位信息）。

（3）波特率与字节传输速率计算

特率115200 ＝ 115200 (位/秒)

如果没有校验位，就应该除以 10，得到的是每秒字节数：
波特率115200bps ＝ 115200 (位/秒) ＝ 11520 Bps(字节/秒)

再除以 1024，就是每秒 KB 数：
传输速率 11520Bps/1024 ＝ 11.25 KBps(KB/秒)

（4）IIC通讯速率

IIC传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s

IIC协议中涉及到两根线：SCL与SDA。SCL就是时钟信号线，SCL线上的频率就叫时钟频率。在对IIC总线进行学习与使用时，经常会听到设置IIC的时钟频率为xxxHz，或者设置IIC的数据传输率为xxxKbit/s。明明概念里可以进行配置的只有一个时钟频率，那么这个数据传输率这位老兄是怎么个情况。

其实，时钟频率（Hz）与数据传输速率（bit/s）两者是相同的概念。

         时钟频率与数据传输率是如何对等的喃。因为一个SCL时钟周期只能传输1bit数据（并且只能在SCL的低电平期间进行SDA数据电平的变化），假如SCL的时钟频率为100KHz，那么1s中就能产生100K个SCL时钟周期，也就是说1s中可以传输100Kbit的数据。此时，可以看出时钟频率100KHz与数据传输率100Kbit/s就是一样的了。

频率和周期的关系是：f=1/T。

我们可以计算一下100KHz的时钟速率对应的一个周期的时间为多少：

T= 1/f = 1/100 000 = 0.00001S = 10us。

1/10us = 100K,等于1s中就能产生100K个SCL时钟周期，1s中可以传输100Kbit

根据我们规定，在时钟信号为高电平期间，数据线上数据必须保持稳定，只有时钟拉低期间，数据线上才允许高低电平发生变化。

因为IIC标准模式速率100Kbit/s,据我们上一句所讲只有时钟拉低才允许数据脚变化，也就是没一个时钟周期就会有一位数据，所以1s中可以传输100Kbit数据时就等于有1s中有100K时钟周期，那一个时钟周期时间 = 1/100k = 10us,所以呢就有了我们常看到的单片机IO模拟IIC通讯延时delay(5)操作。即

三、IIC总线结构

IIC总线由SDA和SCL，两条线构成，可发送可接收。一个主机可连接多个从设备。

SDA、SCL需要接上拉电阻，总线空闲状态下均保持高电平，而连接到总线的任意从设备输出低电平都将会使总线变低。

在电路中添加了R63和R64两个上拉电阻，常用的上下拉电阻值大多选取在1K到10K之间，具体到底多大通常要根据实际需求来选，通常情况下在标准范围内就可以了，不是一个固定的值。在实际的应用中，对于5V系统的单片机，通常选择4.7KΩ的电阻作为上拉电阻；对于3.3V系统的单片机，通常选择10KΩ的电阻作为上拉电阻

四、通信格式

1.首先先讲下数据的有效性。IIC总线进行数据传输时，时钟信号（SCL）为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定；时钟信号（SCL）为低电平期间，才允许数据线上的数据产生高电平或者低电平变化。

2.总线上进行一次数据传输的通信格式

3.启动信号

在IIC总线进行一次数据传输时，首先由主机发出启动信号。启动IIC总线。即在SCL高电平期间，SDA出现下降沿现象则为启动信号。

void IIC_Start() /

{

SDA_OUT();     //设为输出 

IIC_SCL=1;

 IIC_SDA=1;    

 delay_us(5);

 IIC_SDA=0;

 delay_us(5);

IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据，因为SCL位低允许数据判断变化

} 

4.停止信号

在数据传输完毕后，主机发送停止信号。即SCL为高电平期间，SDA产生上升沿信号。

void IIC_Stop()

{

SDA_OUT();   //为什么要加输出，因为我们应答执行中设置为输入，应答后就要发结束信号，所以要设置输出

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=0;

delay_us(5);

IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号

delay_us(5);    //在加延时是为留时间给从机判断，如果在快速通讯情况下，stop后就要start

}

5.应答信号/非应答信号

IIC总线规定每传输一个字节（8位）后，都要有一个应答信号，来确定数据是否被对方接收到。应答信号由接收设备产生，在SCL为高电平期间，接收设备将SDA拉低，表示传输正确，产生应答。否则如果是SDA拉高，非应答信号。

应答信号由接收设备产生，在SCL为高电平期间，接收设备将SDA拉低，表示传输正确，产生应答。

//主机产生应答信号

ACKvoid IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;//在SCL上升沿带来前，准备好SDA拉低
    delay_us(5);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(5);
    IIC_SCL=0;
}

//主机不产生应答信号NACK   当主机为接受设备，主机对最后一个字节不应答，以向发送设备表示数据传输结束。

void IIC_NAck()
{

 IIC_SCL=0;

//SDA_OUT();

IIC_SDA=1;;//在SCL上升沿带来前，准备好SDA至高，表示没应答

delay_us(5);

 IIC_SCL=1;

delay_us(5);

 IIC_SCL=0；
}

产生应答就是在第九个时钟上升沿，判断SDA的高低，是高电平的话，就是接收没应答，是低就是接收产生了应答

遵循9个脉冲SCL,发送数据和读取数据完之后遵循9个脉冲，如上图

6.等待从机应答信号，我们只负责主机应答信号的产生，从机应答信号我们控制不了

//返回值：1 接收应答失败
                 0 接收应答成功

u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
    u8 Time=0;

//注：以下是引脚模拟，没有设置开漏输出和挂上拉电阻

//第 8 个时钟下降沿后，从机主动把 SDA 拉低。直到检测到 SCL 来了上升沿，

    SDA_IN();      //SDA设置为输入 

    delay_us(5);  

    IIC_SCL=1; 读取SDA是都拉低，判断从机是否有应答
    while(GPIO_ReadInputDataBit((GPIOB,GPIO_Pin_7))//看自己定义那个引脚为数据脚
    {
        Time++;
        if(ucErrTime>250)
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
    }
    IIC_SCL=0;//时钟输出0    ,wei  
    return 0;  
} 

IIC总线写入与读取数据是根据IIC的有效规定，即时钟信号（SCL）为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定；时钟信号（SCL）为低电平期间，才允许数据线上的数据产生高电平或者低电平变化。

6.写入一个字节

// 发送一个字节 

void IIC_Send_Byte(u8 txd)//32
{                        
    u8 t;   
    SDA_OUT();         
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输，允许该地变化
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        if((txd&0x80)>>7)//与1000 0000求取最高位，再右移7位，此时最高位在最低位上，从而判断是1还是0
            IIC_SDA=1;//是1  发送1 
        else
            IIC_SDA=0;
        txd<<=1;       //最高位出啊输完后，换下一位，所以左移1位      

       delay_us(5);   //数据准备好了
        IIC_SCL=1;//拉高时钟，从机读取数据
        delay_us(5); 
        IIC_SCL=0;    
 

    }     
}

7.读取一个字节

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
  for(i=0;i<8;i++ )
    {
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(5);
        IIC_SCL=1;       //根据数据有效性，时钟上升沿期间，数据保持稳定，所以这时候读取数据    
        receive<<=1;  
        if(GPIO_ReadInputDataBit((GPIOB,GPIO_Pin_7))receive++;           //看底下图片           
         delay_us(5); 
  }                     
    if (!ack)  //当主机为接受设备，主机对最后一个字节不应答，以向发送设备表示数据传输结束。
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   

    return receive;
  
}