LPC11C14通信接口之I2C

1、什么是IIC？

 IIC的英文全称Inter-IntegratedCircuit（集成电路总线），是一种多向控制总线，由飞利浦半导体公司在八十年代初设计，主要是用来连接整体电路（ICS）。在IIC中，多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实施数据传输的控制源，这种方式简化了信号传输总线。

   因此，IIC实质是用来在芯片和外围器件之间连接的通信接口。

2、IIC接线

IIC通信一共要有2根线：SCL（时钟线）和SDA（数据线）

    SCL时钟线：控制IIC通信双方进行数据传递控制

    SDA数据线：IIC通信双方数据传输

    一个主设备可以连接多个从设备，那么究竟什么是主设备，从设备？IIC总线结构如下：

所谓的主设备就是控制着SCL时钟输出的一方，那么被动接收SCL的一方就是从设备了。

3、IIC通信协议

IIC通信是属于同步串行通信的一种，并且支持1对多的通信方式（一主多从），所以IIC通信我就以主设备发送一个字节的数据0xaa为例讲解IIC通信协议。

    首先，我们将发送一个字节0xaa需要解决的问题先思考下：

    （1）MSB（高位）还是LSB（低位）在前？

    0xaa转换成二进制是1010 1010，而串口发送数据是一个bit位一个bit位的发送的，那么在开始发送时应该先发送高位的1还是低位的0呢？

    这里大家注意下，在同步串口通信中，一般是先发送高位，后发送低位。IIC就正好是同步串口通信的一种，所以发送0xaa的时候，是先从高位开始向低位的顺序发送的。怎么区分是同步还是异步呢，主要看通信接口中有没有时钟线SCL，有SCL的就是同步，反之没有的就是异步。

    （2）开始发送的时候，怎么区分总线的空闲和繁忙状态？

    作为通信接口，在收发双方之间必然存在实际的物理连接线路，那么线路必然存在两种状态：繁忙（有数据正在传输中）和空闲（线路空闲没有数据传输），IIC的两根线：SCL和SDA，在空闲的时候都是默认输出高电平的。那么怎么开始数据的传输（从空闲到繁忙）、怎么结束数据的传输（从繁忙到空闲）？

    既然IIC总线在空闲的时候，SCL和SDA都是输出高电平，那么IIC总线协议规定，组合信号：SCL保持高电平不变，SDA输出低电平，产生下降沿突变，这个组合信号就是起始信号，用来是的IIC总线从开始的空闲态切换到繁忙态。

    （3）怎么从主设备连接的多个从设备中选定要通信的从设备？

    IIC支持一个主设备连接多个从设备的方式，那么在通信的时候只能有一个从设备和主设备建立通信，但是IIC又不能和SPI一样，增添一个独立的引脚用来区分，那IIC怎么实现和从设备的连接呢？

    每一个IIC设备一般在出厂的时候都会编好号，这个编号就是IIC设备如果作为从设备通信的时候的从设备地址。当然有些设备在出厂的时候可能没有编号，比如咱们的LPC11C14，但是我们可以人为写入，只要注意这个IIC从设备地址是全球不唯一，但是在实际物理开发板上是惟一的原则就好。

    从设备地址一般是7个bit位宽度。

    所以，主设备要想从多个从设备中选中某一个从设备进行通信，只要知道这个从设备的地址就可以了（也必须要知道），在开始通信后（发送起始信号后），将要通信的从设备地址发送出去，那么挂在IIC总线上的所有从设备都会受到从设备地址，这时候他们会和自己的从设备地址进行比较，看是否一样，不一样的从设备就会陷入休眠。

    （4）数据bit位中的1怎么发送？bit位中的0怎么发送？

    IIC数据位传输是一位一位传输的，每传输一个bit位，耗时SCL的一个时钟周期，在这个时钟周期内，低电平期间，向引脚发送数据，高电平期间，保持稳定不变，具体时序如下：

（5）一次发送的帧的格式是什么？

    IIC每次发送数据都是8bit一个字节为单位。

    （6）能不能一次发送多个字节？如果能，怎么发送？

    IIC可以一次发送多个字节，只要中途不出现停止信号，直接按顺序发送就可以了。

    （7）发送方怎么确定自己发送的数据接收方收到了？

    规范接收方每接收一个字节数据，都会在第9个时钟周期给IIC发送方回一个ACK应答信号（发送方释放SDA，从设备借助SDA输出低电平），否则其他情况全部视作NACK非应答信号（没有收到信号、或者收到的是高电平）。

    （8）只有一根SDA用来进行收发数据，那么怎么判断方向？

    在开始建立通信时，主设备发送了从设备地址，但是由于从设备地址宽度是7bit，而一次发送数据是一个字节，所以，通常做法是先将7个bit从设备地址逻辑左移1bit，在低位空出的bit位用来决定接下来通信的方向：0-表示发送，1-表示接收

    因此，所谓的IIC通信协议的实质就是为了解决以上几个问题，可以同以下结构体现：

4、IIC控制器和IIC协议之间的关系

    IIC通信协议就是上述的，规定实际通信过程的实现约定，这个只是书面约定，没有付诸实现，而IIC控制器就是实现IIC通信协议的硬件，我们一般实现IIC通信协议的方法有两种：通过IO口模拟IIC实训实现、或者直接使用IIC控制器。