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在嵌入式底层系统中常见的通讯方式串口IICSPIIIS等一般IIC,SPI,IIS更多的采取IO模拟其余CAN,UART均是硬件设计直接支持而IIC主要用于多数传感器数据的读写IIS更多用于语音驱动SPI则用于传输要求较快的场景如图像传输等本文则着重阐述作者认知中的IIC以及相关的实例和实际过程中的细微处理等有机会和时间再慢慢写其他。
硬件设计注意
一般来说IIC主要有两根主要的线SDA和SCL去除电源相关的VCC和GND硬件设计过程中SDA和SCL注意做上拉处理电阻的选值在一定基础上也会影响到整体的通讯速率。
IIC的基础规则
1.基本约定 1总线上主和从、发和收的关系不是恒定的而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件则主机首先寻址从器件然后主动发送数据至从器件最后由主机终止数据传送如果主机要接收从器件的数据首先由主器件寻址从器件然后主机接收从器件发送的数据最后由主机终止接收过程。在这种情况下主机负责产生定时时钟和终止数据传送。 2通常来说IIC设备一般会存在一个设备编号用于区分相关的设备占7个bit最后一个bit作为此次操作的读写处理位最后一个bit为0表示写为1表示读取此处顺序是从高数据到低数据算的例如51H—0101 0001当我们要写入数据的时候需要传输1010 0010 也就是A2H数据。 3发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必须跟一个响应位。首先传输的是数据的最高位MSB如果从机要完成一些其他功能后例如一个内部中断服务程序才能接收或发送下一个完整的数据字节可以使时钟线SCL 保持低电平迫使主机进入等待状态当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传输继续。 4规定只允许SCL为高的时候,SDA的数据有效传输也就是说我们在SCL为低的时候修改SDA的电平去表示你要传输的bit电平修改稳定后我们将SCL拉高另一个设备读取到SCL高的时候会去采样SDA的电平注意这里的措辞是稳定根据选型的芯片和通讯要求等一般会做一定的延时具体可以看相关的设备的手册。 5IIC是一个半双工这是由其数据性决定的SDA作为数据的主要传输线路不可能同时传输两端数据。
2.IIC的基本传输流程 IIC根据SCL和SDA的线路情况将通讯的状态分为以下几种空闲状态IDLE状态起始信号START信号确认信号ACK/NACK停止信号STOP信号相对实际通讯过程中我们会多加几个通讯流程数据传输阶段等待确认信号。
3.相关传输流程的SCL和SDA的处理 以下会做一个简单的通讯过程的说明以程序设计流程为示例注意以下过程修改引脚的时候注意电平转换一般需要延时时间 空闲态一开始没有数据传输的过程中会处于空闲态SDASCL1,两者均保持高电平从一种角度上来说为什么建议加上拉从抗干扰层次说也是如果做键盘扫描没有加上拉的话可能会体会更深从软件上来说浮空就是1但是实际上要从EDA设计角度来说一般会认为是X未知态。
起始信号SCL1,SDA-1SDA0当SCL为高的时候SDA由高为低下降沿从设计的角度来说数据的传输必然是起始开始的之所以设定在SCL高的时候让SDA为0表示起始信号个人理解是这样是设计让数据变化更快只需要更改一根线的电平可以参考格雷码的存在意义起始信号一般是空闲态转后的状态。
数据传输第一个传输的是地址读写标志位组成的8bit数据当起始信号的存在被检测后将SCL0然后修改对应的SDA认为SDA引脚稳定表达你想要的逻辑电平后SCL1另一个设备检测到SCL为1后会开启采样给予另一个设备足够的采样时间采用SDA这样就完成1bit的传输。
ACK/NACK当完成如上的8个bit数据传输后设备会等待接收到数据的响应信号当接收到数据的设备已经发完或者异常情况常见的异常请见下面补充或者没有传输完成则会表示ACK让你进行下一步操作告诉你已经做完一个数据步骤ACKSCL高电平时SDA为低电平NACKSCL高电平时SDA为高电平按照个人理解的话常见的程序存在两种一种是不管直接进行下一个步骤就进行ACK判断一种是会将释放SDA的控制SCL0,SDA1,SCL1让另一个设备去拉低SDA来排除最后一个字节发送为0的时候的区分作为等待ACK或者NACK的程序设计NACK和空闲的状态表示一样。
停止信号SCL1,SDA0–SDA1在SCL为高电平时SDA上升沿。以停止信号作为整个程序的指令的结束。
具体事例流程说明 上图是VCNL4200传感器的协议流程图采取的官方数据手册白色是主设备做的深色是VCNL做的。 1.先初始化IO口对于我们来说SCL必然是我们一直控制的做为主设备设置输出也可以将SDA1做为输出进入空闲态。 2.如图的第一个表示的是写数据开始信号由空闲进入开始开始信号的要求是SCL的时候SDA一个下降沿我们可以直接将SDA拉低即可。 3.传输数据地址VCNL4200的地址是51H通过上面的示例得到我们写的时候变成了A2H将SCL拉低然后SDA拉高后再将SCL拉高如此处理8个bit。 4.进入等待阶段ACK阶段按照上面的两种方式中的一种即可 5.后面同2-4知道P阶段先在SCL为低的情况下拉低SDA然后将SCL1,SDA1产生一个上升沿作为结束。 6.对于读取来说不一样的就是从设备读取的过程在这个过程中仍然是主设备控制SCL我们会释放SDA将SCL拉低给予从设备一段时间然后其去修改SDA的电平然后我们读取SDA的逻辑电平用于表示读取到的bit数据在读取到8bit数据后给予ACK或者NACK反应。
补充 通讯过程中出现以下情况总线上会出现NACK信号
1接收方忙于其他事情不能接收数据
2接收方不能理解收到的数据或者没有空间存储数据
3主机读取数据完成返回NACK告知从机读取完成。
