大家好，這里是程序員 杰克 。一名平平無奇的嵌入式軟件工程師。

上篇推文對I2C總線的特性進(jìn)行了介紹和描述。對于開發(fā)者而言，最重要的是編碼I2C的讀寫時序驅(qū)動。本篇推文主要總結(jié)和分享I2C總線主機(jī)端通信的編程實(shí)現(xiàn)思路，并不對應(yīng)特定MCU的硬件I2C外設(shè)，此處需要加以區(qū)分。

下面正式進(jìn)入本章推送的內(nèi)容。

01 I2C讀寫時序分析

I2C讀寫時序操作

上篇推文已對I2C主機(jī)的讀寫時序進(jìn)行了描述。對I2C基本讀寫時序如圖所示：

在上圖I2C總線(主機(jī))的讀寫時序中，無論讀/寫操作，操作如下所示：

• 主機(jī)發(fā)起起始信號
• 主機(jī)向從機(jī)發(fā)送控制幀(8bit)
• 等待從機(jī)應(yīng)答位/無應(yīng)答
• 主機(jī)接收/發(fā)送數(shù)據(jù)(8bit)
• 主機(jī)接收數(shù)據(jù)應(yīng)答/無應(yīng)答(讀操作)、燈帶從機(jī)應(yīng)答/無應(yīng)答(寫操作)
• 主機(jī)發(fā)起停止位

I2C讀寫時序拆解

對于軟件開發(fā)者而言，編碼上實(shí)現(xiàn)原則“高內(nèi)聚低耦合”，即按模塊獨(dú)立編碼。對上節(jié)的I2C總線(主機(jī))的讀寫操作分析，主機(jī)需要單獨(dú)實(shí)現(xiàn)如下操作：

• 生成起始信號
• 生成應(yīng)答信號/無應(yīng)答信號
• 寫8bit數(shù)據(jù)(控制幀和寫數(shù)據(jù)合并)
• 讀8bit數(shù)據(jù)
• 生成停止信號

02 I2C實(shí)現(xiàn)思路

對于I2C總線主機(jī)端的編碼實(shí)現(xiàn)，主要是產(chǎn)生 起始信號 、 停止信號 、 應(yīng)答/無應(yīng)答信號 、 數(shù)據(jù)串行移位(讀/寫)，下面便對各個實(shí)現(xiàn)進(jìn)行描述。

生成起始和停止信號

起始信號和停止信號描述

I2C總線空閑時SDA和SCL皆為高電平，而起始信號和停止信號便是有別于空閑狀態(tài)的特殊情況，如下圖所示：

編程偽代碼

//產(chǎn)生起始信號偽代碼
void I2C_Start(void)
{
    SCL = 1, SDA = 1;
    持續(xù)一段時間;
    SCL = 1, SDA = 0;
    持續(xù)一段時間;
}


//產(chǎn)生停止信號偽代碼
void I2C_Stop(void)
{
    SCL = 0, SDA = 0;
    持續(xù)一段時間;
    SCL = 1;
    SDA = 1;
    持續(xù)一段時間;
}

應(yīng)答信號/無應(yīng)答信號

I2C總線通信中讀/寫1字節(jié)(8bit)數(shù)據(jù)操作后，會有應(yīng)答/無應(yīng)答信號。應(yīng)答/無應(yīng)答的時序如下圖所示：

I2C總線主機(jī)端的應(yīng)答信號/無應(yīng)答信號的操作根據(jù)讀時序/寫時序有兩種情況，主機(jī)實(shí)現(xiàn)以及偽代碼如下所示：

讀取1字節(jié)，主機(jī)發(fā)起應(yīng)答/無應(yīng)答信號給從機(jī)

寫入1字節(jié)，主機(jī)等待從機(jī)的應(yīng)答/無應(yīng)答信號

數(shù)據(jù)串行移位(讀/寫)

對于數(shù)據(jù)的串行移位，其實(shí)現(xiàn)主要是在時鐘SCL的驅(qū)動下，SDA信號線按MSB(高位在前、低位在后)將1字節(jié)(8bit)數(shù)據(jù)移位便可，如下圖框內(nèi)所示。此處不詳細(xì)描述。

03 文章總結(jié)

本篇主要是分享杰克對I2C的讀寫時序以及編碼實(shí)現(xiàn)思路。后續(xù)會總結(jié)和分享在FPGA、STM32上實(shí)現(xiàn)I2C的示例。