1. 综述
I2C(IIC，Inter-Integrated Circuit)，两线式串行总线，由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备。
它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU和被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。但在STM8中，400kHZ已经是最快速度了。
2.关于STM8S103手册的TIM简介
芯片手册中只对I2C的特点进行了简单的讲解，但并未深入解析其中的过程。
3. I2C详细解析
I2C总共由五个核心函数，分别为：①起始信号②停止信号③应答信号④发送数据⑤接收数据，通过这五个核心基本函数就能于大多数的传感进行通信了。
3.1 起始信号
当SCL为高电平期间，SDA由高电平到低电平的跳变过程；起始信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，如图虚线框所示。
3.2 停止信号
当SCL为高电平期间，SDA由低电平到高电平的跳变过程；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，如图虚线框所示。
3.3 应答信号
I2C的数据字节定义为8位长，对于发送端每发送1个字节后，需要将数据线(SDA)释放，由接收端反馈一个应答信号(ACK)。应答信号为低电平时，则将其规定为有效信号(ACK简称应答位)，表示接收端已经成功接收了该字节；应答位为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收端没有成功接收该字节。
对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收端在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。如果接收端是主机，则在它接收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知发送端结束数据发送，并释放SDA线，以便主机接收端发送一个停止信号。
3.4 发送数据
在发送起始信号后开始通信，主机发送一个8位数据。然后，主机释放SDA线并等待从从机发出得确认信号(ACK)。详细过程请看4.3.7代码示例。
3.5 接收数据
在发送起始信号后开始通信，主机发送一个8位数据。然后，从机收到数据返回一个确认信号(ACK)给主机,这时候主机才开始接收数据，待主机接收数据完成后，发送一个NACK信号给从机，以通知接收端结束数据接收。详细过程请看4.3.8代码示例。
3.6 数据有效性
I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
3.7 I2C通信总过程
4. 例程
4.1 编译环境：
我的编译环境是IAR，这款软件是现在STM8的主流平台，比较推荐。不过我打算等到STCubeMX更新出比较方便的版本后再去使用Keil5，因为我在用STM32的时候就是利用Keil5，的确很方便，你们也可以学着用一下。
4.2 主芯片：
我的主芯片是STM8S系列中的103，其中STM8S的003、005、和103、105，配置一样（外设和CPU频率，FLASH），在代码相同的情况下均可进行烧写。
4.3 代码&解析
I2C的基本函数代码我已经和传感的代码区隔开来，可以移植，几乎适用于市面上使用I2C驱动的传感器。
4.3.1 GPIO设置
为了方便我们对SDA、SCL引角的GPIO进行一个调用，我将它们的GPIO写成结构体变量，调用结构体的参数便可完成操作，再对它们的电平进行宏定义。
结构体参数解析：可见分为了SCL和SDA两个大类，我们用一个例子来解释可以更好的理解参数的意思，如单片机上的一个引角PB3，则Port即为B，Pin即为3。而uSDA_Mode_Pin_Position的话，我在下面再详细解释。
宏定义解析：_HANDLE_即为所要创建的结构体变量，而后面对GPIO的寄存器操作暂不解释，详情可以察看相对应芯片的寄存器手册。STM8S103中的则在6.2小节中就有介绍。这里其实也可以使用库函数的GPIO读写函数去对SDA、SCL的引角进行一个控制，不过效率不太高，而直接操作寄存器的话可以减少一些不必要的麻烦，效率也就更高。
1 /* Struct --------------------------------------------------------------------*/ 2 3 typedef struct iic 4 { 5 //具体信息：引脚 6 GPIO_TypeDef * pSCL_Port; //SCL Gpio 7 uint8_t uSCL_Pin; //SCL Pin 8 GPIO_TypeDef * pSDA_Port; //SDA Gpio 9 uint8_t uSDA_Pin; //SDA Pin 10 11 uint8_t uSDA_Mode_Pin_Position; //SDA Mode 12 13 }IIC_HandleTypedef; 14 15 16 17 /* Define --------------------------------------------------------------------*/ 18 19 #define IIC_SCL_1(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSCL_Port->ODR |= ( (uint8_t)(_HANDLE_)->uSCL_Pin)) 20 #define IIC_SCL_0(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSCL_Port->ODR &= (~(uint8_t)(_HANDLE_)->uSCL_Pin)) 21 22 #define IIC_SDA_1(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR |= ( (uint8_t)(_HANDLE_)->uSDA_Pin)) 23 #define IIC_SDA_0(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR &= (~(uint8_t)(_HANDLE_)->uSDA_Pin)) 24 #define IIC_SDA_R(_HANDLE_) ( (BitStatus)(_HANDLE_)->pSDA_Port->IDR & (_HANDLE_)->uSDA_Pin) 25 26 #define IIC_GPIO_MODE_Opt(_HANDLE_) (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR |= (uint8_t)1<<(_HANDLE_)->uSDA_Mode_Pin_Position 27 #define IIC_GPIO_MODE_Ipt(_HANDLE_) (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR &= ~((uint8_t)1<<(_HANDLE_)->uSDA_Mode_Pin_Position)
4.3.2 延时函数
延时函数顾名思义，就单纯的延时，延时时间可以根据芯片的速率调整，具体时间通过示波器或者可以观察到脉冲的仪器进行测量即可。
这里定义了两个延时函数目的是在SCL低电平期间先提前改变SDA的电平，待到SDA电平稳定时，再将SCL电平改变进行读取。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vIIC_Delay_4us 3 * Description : 示波器实测4.02us 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_Delay_4us(void) 9 { 10 uint8_t i=3; 11 while(i--) 12 { 13 asm(\" NOP\");asm(\" NOP\");asm(\" NOP\");asm(\" NOP\"); 14 } 15 16 } 17 18 19 /******************************************************************************* 20 * Function Name : vIIC_Delay_2us 21 * Description : 示波器实测2.08us 22 * Input : None 23 * Output : None 24 * Return : None 25 ****************************************************************************** */ 26 void vIIC_Delay_2us(void) 27 { 28 asm(\" NOP\");asm(\" NOP\");asm(\" NOP\"); 29 }
4.3.3 I2C结构体初始化
在这个函数里，我将结构体变量传进来，对该结构体的参数进行一个赋值。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vIIC_Handle_Init 3 * Description : Initialization handle 4 * Input : *hIICx,*pSCL_Port,uSCL_Pin,*pSDA_Port,uSDA_Pin
5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_Handle_Init(IIC_HandleTypedef * hIICx,GPIO_TypeDef * pSCL_Port,uint8_t uSCL_Pin,GPIO_TypeDef * pSDA_Port,uint8_t uSDA_Pin) 9 { 10 //引脚 Pin： 11 hIICx->pSCL_Port = pSCL_Port; 12 hIICx->uSCL_Pin = uSCL_Pin ; 13 hIICx->pSDA_Port = pSDA_Port; 14 hIICx->uSDA_Pin = uSDA_Pin ; 15 16 17 switch(uSDA_Pin) 18 { 19 case GPIO_PIN_0 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 0 ;break; 20 case GPIO_PIN_1 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 2 ;break; 21 case GPIO_PIN_2 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 4 ;break; 22 case GPIO_PIN_3 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 6 ;break; 23 case GPIO_PIN_4 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 8 ;break; 24 case GPIO_PIN_5 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 10;break; 25 case GPIO_PIN_6 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 12;break; 26 case GPIO_PIN_7 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 14;break; 27 28 } 29 }
该函数的调用方式为：先在主函数里定义一个结构体对象如 IIC_HandleTypedef hIIC_Test；
则直接调用即可，如 vIIC_Handle_Init(&hIIC_Test, pSCL_Port, uSCL_Pin, pSDA_Port, uSDA_Pin);
而下半部分的switch选择则是通过判断SDA的Pin是哪一位，而通过通过操作的ODR，是按位操作的，具体如图，如想了解更多请到官方察看手册,。
（这里就不帮你们翻译了，看不懂就去翻译或者直接找官方手册翻了）
4.3.4 起始信号
这里与3.1讲解的操作有点不同，就是3.1中最后没有将SCL拉低包括在内，而为了发送数据的方便，我也将SCL在此函数中拉低了。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vIIC_Start_Signal 3 * Description : Master Send Start Signal 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_Start_Signal(IIC_HandleTypedef * hIICx) 9 { 10 11 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 12 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 13 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 14 IIC_SDA_0 (hIICx); //拉低数据线 15 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 16 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 17 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 18 19 }
4.3.5 结束信号
这里与3.2讲解的操作也有所不同，因为在数据接收完或者是发送完成后，SDA的电平不能确定，有可能是高也有可能是低电平，但在结束信号的时候，SDA需要是低电平时候拉低SCL才能作为结束信号的开始。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vIIC_Stop_Signal 3 * Description : Master Send Stop Signal 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_Stop_Signal(IIC_HandleTypedef * hIICx) 9 { 10 11 IIC_SDA_0 (hIICx); //拉低数据线 12 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 13 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 14 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 15 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 16 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 17 18 }
4.3.6 应答信号(ACK)
由于因为发送端和操作的不同，这里需要将ACK分成三种，①Ack(主动拉低SDA形成应答信号) ②NAck(主动不拉低SDA不形成应答信号) ③ReadAck(等待应答信号)。
①Ack(主动拉低SDA形成应答信号)
该信号在你没有读取到最后一个数据时由主机发送，使从机继续发送数据。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vIIC_Ack 3 * Description : Master Send Acknowledge Single 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_Ack(IIC_HandleTypedef * hIICx) 9 { 10 11 IIC_SDA_0 (hIICx); //拉低数据位 12 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 13 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟位 14 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 15 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟位 16 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 17 18 }
②NAck(主动不拉低SDA不形成应答信号)
该信号在你读取完最后一个数据时由主机发送，使从机停止发送数据。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vProto_IIC_NAck 3 * Description : Master Not Send Acknowledge Single 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_NAck(IIC_HandleTypedef * hIICx) 9 { 10 11 IIC_SDA_1 (hIICx); //SDA拉高 不应答对方 12 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 13 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟位
14 vIIC_Delay_4us ( ); //延时
15 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 16 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 17 18 }
③ReadAck(等待应答信号)
该信号在主机发送完数据后等待从机应答时候使用。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : bIIC_ReadACK 3 * Description : Master Reserive Slave Acknowledge Single 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 bool bIIC_ReadACK(IIC_HandleTypedef * hIICx) //返回为:=1有ACK,=0无ACK 9 { 10 IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt (hIICx); //将SDA的模式改成输入模式 11 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 12 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 13 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 14 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 15 16 if(IIC_SDA_R(hIICx)) //判断是否成功接收应答，如‘有’返回0，‘没有’则返回1 17 { 18 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 19 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 20 IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx); //接收完应答后，将SDA的模式改回输出模式 21 return FALSE; //没有应答 22 } 23 else 24 { 25 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 26 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 27 IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx); //接收完应答后，将SDA的模式改回输出模式 28 return TRUE; //产生应答 29 } 30 31 }
4.3.7 发送数据
所要发送的数据为8位，学过串口协议的应该知道按位发送，我们这里将要发送的数据进行由高到低位的一个顺序发送，具体操作如下，不懂的朋友可以将一下代码画出来，以方便理解。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : vIIC_SendByte 3 * Description : Master Send a Byte to Slave 4 * Input : Will Send Date 5 * Output : None 6 * Return : None 7 ****************************************************************************** */ 8 void vIIC_SendByte(IIC_HandleTypedef * hIICx,uint8_t uSendByte) 9 { 10 11 uint8_t i; 12 13 for (i=0; i<8; i++) //循环8次 14 { 15 if(uSendByte & 0X80) //将发送的数据最高位与1相与，若发送的数据最高位为1，则将SDA拉高，否则拉低 16 IIC_SDA_1 (hIICx); 17 else 18 IIC_SDA_0 (hIICx); 19 uSendByte <<= 1; //数据左移1位 20 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 21 IIC_SCL_1 (hIICx); //时钟线拉高 22 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 23 IIC_SCL_0 (hIICx); //时钟线拉低 24 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 25 26 } 27 28 }
4.3.8 数据接收
具体操作都写在注释部分，在SCL高电平时候去读取SDA的电平。
1 /******************************************************************************* 2 * Function Name : uIIC_RecvByte 3 * Description : Master Receive a Byte From Slave 4 * Input : None 5 * Output : None 6 * Return : Date From Slave 7 ****************************************************************************** */ 8 uint8_t uIIC_RecvByte(IIC_HandleTypedef * hIICx) 9 { 10 uint8_t i,uReceiveByte = 0; 11 12 IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt (hIICx); //将SDA的模式设置为输入模式 13 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 14 for(i=0;i<8;i++) //进行8次的循环 15 { 16 uReceiveByte <<= 1; //将接收到的数据左移 17 18 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 19 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 20 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 21 22 if(IIC_SDA_R (hIICx)) //读取SDA电平 23 { 24 uReceiveByte |=0x01; //若SDA电平为高则将数据的最低位或上1，即为加1；若SDA电平为低，不进行该操作，则数据最低位为0 25 } 26 27 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 28 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 29 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 30 } 31 IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt (hIICx); //将SDA的模式设置为输出模式 32 33 return uReceiveByte; 34 35 }
5.结尾
I2C协议核心基本函数为以上，将所有的核心函数结合起来便可与传感器设备进行通信了，但本博客只是单纯讲解了I2C协议，并未与传感器进行通信，若理解完I2C协议后可前往下一章博客进行与传感器通信的实践。
对STM8的I2C协议讲解到这里结束，感谢各位看官的点击。
如果觉得有所收获请点下推荐，若认为该博客中存在错误的说明或者对博客中某方面有疑问请留言。
作 者：浩宇99✌ 出 处：https://www.cnblogs.com/zhenghaoyu/p/10719233.html
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