I2C通信时序图解析

w627255898 · 发表于 2018-12-5 23:22:23

本帖最后由 w627255898 于 2018-12-5 23:28 编辑

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一、I2C协议简介

  I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
  关于I2C协议的更多内容，可阅读《I2C总线协议》，本博文主要分析I2C波形图，对于I2C的基础知识不在做介绍。

二、I2C协议标准代码2.1 起始信号&停止信号

  起始信号：当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换。
  停止信号：当 SCL 线是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换。

2.1.1 起始信号代码[mw_shl_code=c,true]void I2C_Start(void)
{
I2C_SDA_High(); //SDA=1
I2C_SCL_High(); //SCL=1
I2C_Delay();
I2C_SDA_Low();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
}[/mw_shl_code]
2.1.2 停止信号代码
[mw_shl_code=c,true]void I2C_Stop(void)
{
I2C_SDA_Low();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SDA_High();
I2C_Delay();
}[/mw_shl_code]2.2 发送一个字节

  CPU向I2C总线设备发送一个字节（8bit）数据

[mw_shl_code=c,true]u8 I2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
uint8_t i;

/* 先发送高位字节 */
for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
{
      if(Byte & 0x80)
      {
         I2C_SDA_High();
      }
      else
      {
         I2C_SDA_Low();
      }
      I2C_Delay();
      I2C_SCL_High();
      I2C_Delay();
      I2C_SCL_Low();
      I2C_Delay();

      if(i == 7)
      {
         I2C_SDA_High();                   /* 释放SDA总线 */
      }
      Byte <<= 1;                            /* 左移一位  */

      I2C_Delay();
}
}　[/mw_shl_code]

2.3 读取一个字节

  CPU从I2C总线设备上读取一个字节（8bit数据）

[mw_shl_code=c,true]u8 I2C_ReadByte(void)
{
uint8_t i;
uint8_t value;

/* 先读取最高位即bit7 */
value = 0;
for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
{
      value <<= 1;
      I2C_SCL_High();
      I2C_Delay();
      if(I2C_SDA_READ())
      {
         value++;
      }
      I2C_SCL_Low();
      I2C_Delay();
}

return value;
}[/mw_shl_code]
2.4 应答
2.4.1 CPU产生一个ACK信号
[mw_shl_code=c,true]void I2C_Ack(void)
{
I2C_SDA_Low();
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();

I2C_SDA_High();
}[/mw_shl_code]
2.4.2 CPU产生一个非ACK信号
[mw_shl_code=c,true]void I2C_NoAck(void)
{
I2C_SDA_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();
}[/mw_shl_code]
2.4.3 CPU产生一个时钟，并读取器件的ACK应答信号
[mw_shl_code=c,true]uint8_t I2C_WaitToAck(void)
{
uint8_t redata;

I2C_SDA_High();
I2C_Delay();
I2C_SCL_High();
I2C_Delay();

if(I2C_SDA_READ())
{
      redata = 1;
}
else
{
      redata = 0;
}
I2C_SCL_Low();
I2C_Delay();

return redata;
}[/mw_shl_code]
三、I2C通信时序图解析

  有了上边的I2C总线标准代码的基础，下面我们进入本博文所要讲解的内容，怎么分析I2C的时序图，以O2Micro的OZ9350为例，OZ9350是一款模拟前端（AFE）的IC器件。是一款性价比不错的电源管理芯片，由于其通讯是通过I2C来进行通讯的，所以这里用OZ9350的I2C通讯做例子进行讲解。

3.1 写数据

  首先我们先来看一下写数据的时序图，如下图所示：

  将上图中的写数据时序图进行分解，经分解后如下图所示：

  结合I2C总线协议的知识，我们可以知道OZ9350的I2C写数据由一下10个步骤组成。
  第一步，发送一个起始信号。
  第二步，发送7bit从机地址，即OZ9350的地址。此处需要注意，发送数据时，无法发送7bit数据，此处发送了7bit地址+1bit读写选择位，即发送7bit+r/w。最低位为1表示读，为0表示写。
  第三步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为从机器件产生的应答。
  第四步，发送寄存器地址，8bit数据。
  第五步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为从机器件产生的应答。
  第六步，发送一个数据，8bit数据。
  第七步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为从机器件产生的应答信号。
  第八步，发送一个CRC校验码，此CRC校验值为2、4、6步数据产生的校验码。
  第九步，既可以发送一个应答信号，也可以发送一个无应答信号，均有从机器件产生。
  第十步，发送一个停止信号。
  接下来，按照以上是个步骤，可以写出OZ9350的i2c写数据的函数。代码如下：

[mw_shl_code=c,true]u8 I2C_WriteBytes(void)
{
I2C_Start();                   //1

I2C_SendByte(Slaver_Addr | 0);  //2
I2C_WaitToAck();             //3

I2C_SendByte(Reg_Addr);       //4
I2C_WaitToAck();             //5

I2C_SendByte(data);          //6
I2C_WaitToAck();             //7

I2C_SendByte(crc);             //8
I2C_WaitToAck();             //9

I2C_Stop();                   //10
}[/mw_shl_code]

3.2 读数据

  读数据的时序图如下图所示：

  读数据的时序图经分解后如下图所示：

  通过分解后的时序图，可以看到OZ9350的读数据由以下13个步骤组成。
  第一步，发送一个起始信号。
  第二步，发送7bit从机地址，即OZ9350的地址。此处需要注意，发送数据时，无法发送7bit数据，此处发送了7bit地址+1bit读写选择位，即发送7bit+r/w。最低位为1表示读，为0表示写。
  第三步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为从机器件产生的应答。
  第四步，发送寄存器地址。
  第五步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为从机器件产生的应答。
  第六步，再次发送一个骑士信号。
  第七步，发送7bit从机地址，即OZ9350的地址。此处需要注意，发送数据时，无法发送7bit数据，此处发送了7bit地址+1bit读写选择位，即发送7bit+r/w。最低位为1表示读，为0表示写。
  第八步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为从机器件产生的应答。
  第九步，读取一个字节(8bit)的数据。
  第十步，产生一个ACK应答信号，此应答信号为CPU产生。
  第十一步，读取一个CRC校验码。
  第十二步，产生一个NACK信号。此无应答信号由CPU产生。
  第十三步，产生一个停止信号。
  接下来，由以上分析步骤，可以写出OZ9350的I2C读数据代码。如下所示：

[mw_shl_code=c,true]u8 I2C_ReadBytes(void)
{
u8 data;
u8 crc;

I2C_Start();                   //1

I2C_SendByte(Slaver_Addr | 0);  //2
I2C_WaitToAck();             //3

I2C_SendByte(Reg_Addr);       //4
I2C_WaitToAck();             //5

I2C_Start();                //6

I2C_SendByte(Slaver_Addr | 1);  //7 1-读
I2C_WaitToAck();             //8

data=I2C_ReadByte();          //9

I2C_Ack();                   //10

crc=I2C_ReadByte();          //11

I2C_NoAck();                   //12

I2C_Stop();                   //13
}[/mw_shl_code]

四、结语

  关于怎样分析I2C通信的时序图，在理解原理的基础上还需要自己多动手练习，只有这样才能熟练掌握。如果在博文中出现错误之处，还望指正。