目錄
- IIC簡介
- 硬件電路連接
- I2C時序基本單元
- IIC完整數據幀
- MPU6050封裝
- 硬件IIC
- 內部電路
IIC簡介
IIC（Inter-Integrated Circuit）是 IIC Bus 簡稱，中文叫集成電路總線。它是一種串行通信總線，使用多主從架構，由飛利浦公司在1980年代為了讓主板、嵌入式系統或手機用以連接低速周邊設備而發展。自2006年10月1日起，使用I2C協議已經不需要支付專利費，但制造商仍然需要付費以獲取I2C從屬設備地址。
??IIC使用兩根信號線進行通信：一根時鐘線SCL，一根數據線SDA。IIC將SCL處于高時SDA拉低的動作作為開始信號，SCL處于高時SDA拉高的動作作為結束信號；傳輸數據時，SDA在SCL低電平時改變數據，在SCL高電平時保持數據，每個SCL脈沖的高電平傳遞1位數據。
IIC通信時一種同步，半雙工的通信協議，帶數據應答，支持總線掛載多設備（一主多從、多主多從）。
也正是因為IIC是一種同步時序，所有我們可以軟件模擬，串口通信就是一種異步時序，對時序要求很嚴格，所有我們不能模擬，需要硬件短路來實現才會精準收發數據。
硬件電路連接
所有I2C設備的SCL連在一起，SDA連在一起
設備的SCL和SDA均要配置成開漏輸出模式
SCL和SDA各添加一個上拉電阻，阻值一般為4.7KΩ左右
任何時候都是主機完全掌控SCL線，只有從機應答和從機發送的時候才會獲得SDA的掌控權。
IIC的設計禁止所有設備輸出強上拉的高電平。采用外置弱上拉的電阻加開漏輸出的電路結構。這么做的原因也是為了防止主機在結束的時候釋放SDA即拉高然后從機立刻拉低響應造成的短路。這個模式也存在“線與”的特性，只要有輸出低，那么最后就輸出低，所有輸出高才輸出高。
CPU和被控IC都是上圖右邊的結構。開漏輸出沒有強上拉，只有強下拉，當輸出高電平的時候，下管斷開，不輸出低，處于浮空狀態，此時就由上拉電阻拉高。
I2C時序基本單元
起始條件：SCL高電平期間，SDA從高電平切換到低電平
終止條件：SCL高電平期間，SDA從低電平切換到高電平
發送一個字節：
SCL低電平期間，主機將數據位依次放到SDA線上（高位先行），然后釋放SCL，從機將在SCL高電平期間讀取數據位，所以SCL高電平期間SDA不允許有數據變化，依次循環上述過程8次，即可發送一個字節。
接收一個字節：
SCL低電平期間，從機將數據位依次放到SDA線上（高位先行），然后釋放SCL，主機將在SCL高電平期間讀取數據位，所以SCL高電平期間SDA不允許有數據變化，依次循環上述過程8次，即可接收一個字節（主機在接收之前，需要釋放SDA）。
發送應答： 主機在接收完一個字節之后，在下一個時鐘發送一位數據，數據0表示應答，數據1表示非應答
接收應答： 主機在發送完一個字節之后，在下一個時鐘接收一位數據，判斷從機是否應答，數據0表示應答，數據1表示非應答（主機在接收之前，需要釋放SDA，從機控制，從機拉低就是從機發送應答）
IIC完整數據幀
IIC的完成數據幀包括指定地址寫，當前地址讀，指定地址讀
IIC是一主多從的通信協議，所以如果要和某個從機進行通信必須選中某個從機，所以每個從機就需要一個地址。主機在起始條件后需要先發送一個字節，所有從機都會收到一個字節和自己的地址比較。如果和自己的地址就響應主機的操作，所有同一個IIC總線必須掛載不一樣的地址設備。從機設備地址在IIC協議標準種分為七位和十位，七位的比較簡單應用也比較廣泛。在出廠的時候，廠商就會為他分配一個七位的地址，在芯片手冊中都能找到。如果有相同的地址芯片掛在在總線上就需要使用地址的可變部分，一般都是地址的后面一位或者幾位。
一個完整的數據幀在起始條件開始，結束條件結束。
指定地址寫：
在起始條件后就要跟一個從機地址+寫標志位，然后從機發送應答。然后發送指定的地址，然后從機再次應答。
當前地址讀：
對于指定設備（Slave Address），在當前地址指針指示的地址下，讀取從機數據（Data）。
當前地址指針上電默認是0，但是當我們指定地址寫后，然后當前地址讀，就是在寫的下一位進行讀取操作。
指定地址讀：
我們使用指定地址寫的指定地址時序，但是不寫入，此時當前地址指針就不會加一。然后再調用當前地址讀的時序，然后就是指定地址讀了。我們可以在指定地址讀前面加一個結束條件，然后再次發送起始條件，在當前地址讀。但是IIC協議官方規定的符合格式是一整個數據幀，就是先起始，再重復起始（在指定地址寫的時序后面再加一個起始條件），然后發當前地址讀，最后結束了再發送結束條件。
當讀取完數據不想再讀取了，就需要主機發送非應答，此時從機知道主機不想再接收了，就會釋放總線，交還給從機。
MPU6050封裝
軟件IIC配置：
總體操作：
1.初始化GPIO，包括打開時鐘，配置結構體，初始化選用的引腳
2.配置IIC開始函數
3.配置IIC結束函數
4.配置IIC發送一個字節函數
5.配置IIC接收一個字節函數
6.配置IIC發送應答函數
7.配置IIC接收應答函數
具體操作：
1.初始化GPIO，例如，選用Pin10為SCL線，Pin11為SDA線，配置IIC的GPIO為開漏輸出
void MyI2C_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);
}
1.IIC不論是SDA還是SCL都只有高低兩種狀態，所有使用時就是把GPIO電平配置為高或者低
例如：
GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,1);Delay_us(10);GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,1);Delay_us(10);
延時10微秒為操作時間，實測不延時也可以。
每次都配置GPIO不僅麻煩還不明了
所以就把GPIO封裝起來
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);Delay_us(10);
}//對SCL線封裝，便于操作，控制時鐘線
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue);Delay_us(10);
}//對SDA線封裝，便于操作，發送主機值
uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{uint8_t BitValue;BitValue=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11);Delay_us(10);return BitValue;
}//對SDA線封裝，便于操作，讀取從機發送的值
封裝完以后便可以很簡單的配置后面的函數
2.配置開始函數
IIC開啟需要在SCL為高的時候拉低SDA，這樣為開啟IIC信號，從機便知道，IIC開啟，主機要發送或者接收數據了
void MyI2C_Start(void)
{MyI2C_W_SDA(1);/*最好先拉高SDA確定，簡要原因在最后面的讀MPU6050的注釋里面有簡要說明，這樣只是一個以防外一，個人感覺不是特別重要*/MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(0);//拉低SDA后再把SCL拉低，便可以進行數據傳送
3.配置結束函數 IIC結束需要在SCL為高的時候拉高SDA，這樣為關閉IIC信號，從機便知道，IIC關閉，主機要結束發送或者接收數據了，實際上，在配置的IIC函數里面，只有結束函數里面SCL以高結束，其他的都為低，這樣方便兩個函數銜接。
void MyI2C_Stop(void)
{MyI2C_W_SDA(0);//先拉低SDA確保待會可以產生上升沿MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(1);
}
4.配置主機發送函數
主機在SCL低的時候只會發送一位，從機在SCL為高的時候一次也只接收一位，每次都是一位一位進行的
void MyI2C_SentByte(uint8_t Byte)
{uint8_t i;for(i=0;i<8;i++){MyI2C_W_SDA(Byte&(0x80>>i));MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);}
}
一次發送八位數據也就是一個字節的數據，所以在for循環里面循環8次
在8次數據發送完以后，主機需要釋放SDA，這時從機會自己占據SDA線給主機發送應答后面寫的主機的接收應答就會主動去釋放SDA（所有的發送和接收都是相對主機而言的）
5.配置主機接收函數
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)//主機接收時，從機在時鐘線拉低的時候只會發送一位數據
{uint8_t i,Byte=0x00;MyI2C_W_SDA(1);for(i=0;i<8;i++){ MyI2C_W_SCL(1);if(MyI2C_R_SDA()==1){Byte |= (0x80>>i);}//高位先行，所以右移MyI2C_W_SCL(0);}return Byte;
}
主機接收的數據要處理，所以要用變量存起來，發送的數據從機會自動處理
６.配置IIC發送應答
void MyI2C_SentAck(uint8_t AckBit)
{MyI2C_W_SDA(AckBit);//當發送完一個數據以后，SCL本身就是低的，所以前面不需要再給SCL低了MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);
}
發送應答是主機接收了一個數據以后發送個主機的應答，SDA拉高，相當于主機發送1，為非應答，不需要再接收數據時就要發非應答，需要接收數據時，就在SDA拉低，為應答。從機發送完一個字節數據以后，會自動釋放SDA，此時主機應占據SDA，從機便會去讀取SDA的值，接收主機的應答（應答信號在第9個時鐘周期出現，這時發送器必須在這一時鐘位上釋放數據線，由接收設備拉低SDA電平來產生應答信號或非應答信號）
７.配置IIC接收應答
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{uint8_t AckBit;MyI2C_W_SDA(1);//主機主動空出SDA，從機會立刻占據，發送應答或者非應答信號MyI2C_W_SCL(1);//SCL拉高以后，主機便可以去讀取從機給的信號AckBit=MyI2C_R_SDA();MyI2C_W_SCL(0);//此時從機放手SDAreturn AckBit;
}
在主機發送完數據以后，主機應空出SDA線，此時從機會產生應答或者非應答，因為是軟件模擬IIC所以可以選擇讀取也可以不去讀取，選擇讀取便可以根據讀取的值判斷下一步要不要再繼續操作。因為一個時鐘信號只進行一位傳輸，所以從機檢測到電平變化以后如果接下來還是主機操作便不在占據SDA。
以上便是軟件IIC的所有配置
以MPU6050為例，演示IIC的進行
MPU6050初始化即IIC初始化
如果要給MPU6050寫一個字節的數據：
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{MyI2C_Start();//打開IIC通信MyI2C_SentByte(0xD0);//選中 MPU6050，最后一位為0為寫操作MyI2C_ReceiveAck();//從機發送應答，主機要接收應答MyI2C_SentByte(RegAddress);//主機繼續發送要寫的寄存器地址MyI2C_ReceiveAck();//主機接收從機的應答MyI2C_SentByte(Data);//主機發送要寫的數據MyI2C_ReceiveAck();//主機接收從機的應答MyI2C_Stop();//停止IIC通信SDA與SCL都為高
}
IIC開始以后，第一次發送的是硬件的地址，每一個硬件都有一個地址，出廠的時候寫好的，發送的數據前七位為地址，最后一位為讀寫位，0為寫，1為讀。
如果要讀MPU6050一個字節的數據：
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)//讀指定寄存器
{uint8_t Data;//接收讀出數據的變量MyI2C_Start();MyI2C_SentByte(0xD0);MyI2C_ReceiveAck();MyI2C_SentByte(RegAddress);MyI2C_ReceiveAck();//前面幾步確定地址MyI2C_Start();/*Start里面先SDA置1就是這里在上一步SCL為0的時候趕快為高然后重新開始，避免還沒為高的時候SCL已經拉高了。如果SDA還沒為高的時候SCL已經拉高了，這樣再產生下降沿之前產生的就是上升沿了，就是停止的意思了。但是接收應答后，從機釋放SDA，此時SDA就是高主機沒有進行操作，SDA一直為高，所以個人感覺不重要*/MyI2C_SentByte(0xD1);//對指定地址進行讀MyI2C_ReceiveAck();//從機要回應這個指令Data=MyI2C_ReceiveByte();//從機把指定地址的數據通過SDA線發出來MyI2C_SentAck(1);//主機回應1表示不給應答，從機便會結束發送MyI2C_Stop();//結束通信return Data;
}
因為無法直接指定寄存器讀，但可以指定寄存器寫，指定的地址指針在下一次操作前不變，所以指定地址寫，然后什么都不寫，重新開始讀，便可以指定地址讀。
再MPU5050手冊中，剛上電時是睡眠模式，無法寫入，只能讀出。所有需要解除睡眠模式，此時就需要0x6B上寫，0x6B地址是電源管理寄存器1，其中SLEEP位控制睡眠模式，在這個寄存器寫入0x00，這樣就能解除睡眠模式了。
在真正使用MPU6050之前還需要根據手冊初始化一下，比如電源管理寄存器，時鐘，陀螺儀，加速度計等各種寄存器。
#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H#define SMPLRT_DIV 0x19
#define CONFIG 0x1A
#define GYRO_CONFIG 0x1B
#define ACCEL_CONFIG 0x1C
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40
#define TEMP_OUT_H 0x41
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48
#define PWR_MGMT_1 0x6B
#define PWR_MGMT_2 0x6C
#define WHO_AM_I 0x75
extern uint8_t AccX,AccY,AccZ,GyroX,GyroY,GyroZ;
#endifvoid MPU6050_GetData(int16_t *AccX,int16_t *AccY,int16_t *AccZ,int16_t*GyroX,int16_t*GyroY,int16_t*GyroZ)
{uint8_t DataH,DataL;DataH=MPU6050_ReadReg(ACCEL_XOUT_H);DataL=MPU6050_ReadReg(ACCEL_XOUT_L);*AccX=(DataH<<8)|DataL;DataH=MPU6050_ReadReg(ACCEL_YOUT_H);DataL=MPU6050_ReadReg(ACCEL_YOUT_L);*AccY=(DataH<<8)|DataL;DataH=MPU6050_ReadReg(ACCEL_ZOUT_H);DataL=MPU6050_ReadReg(ACCEL_ZOUT_L);*AccZ=(DataH<<8)|DataL;DataH=MPU6050_ReadReg(GYRO_XOUT_H);DataL=MPU6050_ReadReg(GYRO_XOUT_L);*GyroX=(DataH<<8)|DataL;DataH=MPU6050_ReadReg(GYRO_YOUT_H);DataL=MPU6050_ReadReg(GYRO_YOUT_L);*GyroY=(DataH<<8)|DataL;DataH=MPU6050_ReadReg(GYRO_ZOUT_H);DataL=MPU6050_ReadReg(GYRO_ZOUT_L);*GyroZ=(DataH<<8)|DataL;
}
void MPU6050_Init(void)
{MyI2C_Init();MPU6050_WriteReg(PWR_MGMT_1,0x01);//電源管理1MPU6050_WriteReg(PWR_MGMT_2,0x00);//電源管理2MPU6050_WriteReg(SMPLRT_DIV,0x09);//采樣率分頻，10分頻MPU6050_WriteReg(CONFIG,0x06);//外部同步（不需要）與低通濾波MPU6050_WriteReg(GYRO_CONFIG,0x18);//陀螺儀配置寄存器MPU6050_WriteReg(ACCEL_CONFIG,0x18);//加速度計
}硬件IIC
由于IIC是同步時序，所以軟件模擬II從時序，靈活且方便，用的范圍比較廣。
STM32內部集成了硬件IIC的電路，STM32內部集成了硬件I2C收發電路，可以由硬件自動執行時鐘生成、起始終止條件生成、應答位收發、數據收發等功能，用庫函數封裝好，直接讀取寄存器即可。減輕CPU的負擔。
比如：
支持多主機模型
支持7位/10位地址模式
支持不同的通訊速度，標準速度(高達100 kHz)，快速(高達400 kHz)
支持DMA
兼容SMBus協議
STM32F103C8T6 硬件I2C資源：I2C1、I2C2
引腳映射：
C8T6的IIC2映射的PB10為SCL，PB11為SDA。IIC1的SCL為PB6，SDA為PB7。
內部電路
上半部分是SDA，數據控制部分。數據收發的核心部分是上面的數據寄存器和數據移位寄存器。當需要發送數據時，可以把一個字節數據寫到數據寄存器DR。當移位寄存器沒有數據移位時，DR中的值就會轉到移位寄存器中。在移位的過程中，可以直接把下一個數據放到數據寄存器中等著。當數據由數據寄存器轉到移位寄存器時就會置狀態寄存器的TXE位為 1 ，表示發送寄存器為空。
接收的過程也是這樣，輸入的數據先放進移位寄存器，當一個字節后，數據從移位寄存器轉入DR。同時置標志位RXNE，表示接收寄存器非空。此時就可以將數據從數據寄存器讀出來了。
對于起始條件，終止條件，應答位什么的都由數據控制電路完成。
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