一、IIC協議簡介

IIC（I2C）是由飛利浦公司提出的一種串行通信協議，僅用兩根線：

• SDA：串行數據線
• SCL：串行時鐘線

它是一種半雙工、多主機、主從通信協議，每個從設備都有唯一的地址。數據傳輸速度支持：

• 標準模式：100kbps
• 快速模式：400kbps
• 高速模式：3.4Mbps

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二、IIC總線結構圖

兩條總線連接主從設備，SDA和SCL均需上拉電阻保持高電平（空閑狀態）。

三、IIC通信流程詳解

1. 空閑狀態 : 雙高空閑

SDA 和 SCL 都為高電平時為空閑狀態。

2. 起始信號（START）: 時高數下開始

在 SCL 為高電平時，SDA 從高變低，表示通信開始。

3. 停止信號（STOP）: 時高數上結束

在 SCL 為高電平時，SDA 從低變高，表示通信結束。

4. 數據傳輸格式 : 時高數穩，時低數變

• 數據按字節（8位）發送
• 每個字節后跟一個應答位（ACK）
• 傳輸過程中，SDA 數據需在 SCL 高電平期間穩定
  當SCL為高電平時,便會獲取SDA數據值,其中SDA數據必須是穩定的(若SDA不穩定就會變成起始/停止信號)。
  當SCL為低電平時,便是SDA的電平變化狀態。
  若主從機在傳輸數據期間,需要完成其它功能(例如一個中斷),可以主動拉低SCL,使I2C進入等待狀態,直到處理結束再釋放SCL,數據傳輸會繼

5. 應答信號

I2C總線上的數據都是以8位數據(字節)進行的，當發送了8個數據后，發送方會在第9個時鐘脈沖期間釋放SDA數據，當接收方接收該字節成功，便會輸出一個ACK應答信號，當SDA為高電平,表示為非應答信號NACK，當SDA為低電平，表示為有效應答信號AC

• ACK：SDA 被接收方拉低，表示接收成功
• NACK：SDA 保持高電平，表示接收失敗或結束

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四、寫操作流程

1. 主機發送起始信號
2. 發送從機地址 + 寫方向（最低位,第八位為0）
3. 等待從機應答ACK
4. 發送寄存器地址和數據
5. 每發送1字節都需從機應答
6. 最后發送停止信號

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五、讀操作流程

1. 主機發送起始信號
2. 發送從機地址 + 寫方向（0）
3. 等待應答，發送寄存器地址
4. 發送重新開始信號（重復START）: 主機要改變通信模式(主機將由發送變為接收，從機將由接收變為發送),所以主機重新發送一個開始start信號，然后緊跟著發送一個從機地址，注意此時該地址的第8位為1，表明將主機設置成接收模式，開始讀取數據
5. 發送從機地址 + 讀方向（1）
6. 接收數據，每接收一個字節主機需發送 ACK
7. 最后一個字節發 NACK + 停止信號

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六、IIC代碼（STM32）詳解

1. 初始化函數

void I2C_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  // 開啟GPIOB時鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);   // 開啟I2C1時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // SCL = PB6, SDA = PB7GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;        // 復用開漏輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                 // 初始化GPIOBI2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;             // I2C模式I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;     I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;              // 本機地址I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;            // 打開應答I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;             // 100kHz速率I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);  // 使能I2C
}

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2. 寫數據函數（主寫從）

void I2C_SendData(uint8_t slaveAddress, uint8_t* pBuffer, uint16_t numByteToWrite)
{I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);  // 產生起始信號while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));I2C_Send7bitAddress(I2C1, slaveAddress, I2C_Direction_Transmitter); // 發地址+寫方向while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));while (numByteToWrite--){I2C_SendData(I2C1, *pBuffer++);  // 發送數據while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); // 等待發送完成}I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE); // 發送停止信號
}

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七、小結

名稱	描述
SDA	數據線（雙向）
SCL	時鐘線（主機控制）
START	SDA下降沿 + SCL高，表示開始
STOP	SDA上升沿 + SCL高，表示結束
ACK/NACK	接收方對字節的響應

八、常見問題

• 為什么要加上拉電阻？
  因為SDA/SCL為開漏結構，無法主動輸出高電平。
• 為什么要重復發送START？
  切換讀寫模式或設備地址時，需發START而不是STOP。