个人笔记

前几天写了一篇关于 I²C 的文章，发现 I²C 其实还挺简单的。（前提是不考虑多主机，10位寻址我也没去研究）

那篇文章的 I²C 代码是我按照 AT24C02 芯片手册里的时序图编写的（同时还参考了许多代码模板），虽然功能实现了，但总觉得自己写的代码可能不够规范。

所以今天我想使用逻辑分析仪（淘宝买的杂牌便宜货），对 I²C 波形一探究竟，我将拿我的代码和普中51单片机教程给出的 I²C 范例程序及正点原子STM32教程提供的 I²C 范例程序做一个简单的对比。（对比时序波形）。

【本人水平有限，本文的内容仅供参考，不能保证100%靠谱。】

1. 我写的 C51 I2C 时序

这里只分析时序图，对应 I²C 代码见文章最后一章

总览：

主机先向从机写入数据0x00，然后读取从机返回的数据0x08，从机地址（设备地址+读写位）为0xA0。

起始信号：

起始信号：时钟SCL高电平时，数据SDA由高变低，由于51单片机时钟频率低，空语句延时达到了30us，不过 I²C 周期长短只会影响它的传输速率，并不会导致传输失败。

时钟低电平修改SDA：

在时钟SCL低电平期间，改变SDA状态，下图中，SDA电平变化至时钟上升沿的时间间距为3.25us，这是由于我代码中发送数据（改变SDA）和拉高时钟电平写在一起，中间没有任何延时代码。（总感觉这中间应该加一个延时代码，其他人的代码这里都加了延时）

传输8位地址数据：

主设备向从设备发送了1个字节的数据，这里的数据是地址数据，时钟SCL高电平时对应的数据SDA即为每位传输的数据，SDA高电平表示1，SDA为低表示0。一共8个周期，传输8位二机制数据。

等待从机应答：
在第9个周期前，需要将SDA拉高（下图SDA并没有出现高电平，说明在我们手动拉高瞬间，从机就把SDA拉低了。？），如果在第9个周期的高电平期间，从机已经将SDA拉低，说明从机发出了应答信号ACK，双方继续通信。

发送1个字节的数据：

和上面的发送地址数据相同，这里继续发送一个字节的数据。可以看到SDA一直是低，说明传输的数据是0x00。

重新起始信号：

由于接下来需要切换成读操作，所以主机需要再发送一个起始信号（又称重新起始信号）。

发送设备地址（读）：

和之前的第一个发送地址数据（设备地址+读写位）的时序相同，唯一的区别是上次发的是写地址，这次发送的位读地址，为0xA1（最后1位为1，表示主机读数据）。

读取1个字节的数据：

和写操作时序类似，只是传输方向由主机->从机变成主机<-从机。

从机发送非应答信号+主机发送停止信号：

数据读取完成后，从机发出非应答信号（不把SDA拉低），第9个周期过后，主机发送停止信号，结束本次通信。
停止信号：SCL为高电平时，数据SDA由低变高。

2. 普中51提供的 I2C 时序

这里只分析时序图，对应 I²C 代码见文章最后一章

总览

和上文一样的操作，写三个字节（2个地址数据+1个普通数据），读取一个字节。

这份时序中，在修改SDA电平的前后都加了延时，也就是低电平的持续时间是我的两倍，也是高电平时间的两倍。

应答信号的处理方式也和我不同，这份时序的第9个周期的高电平时间不是固定的，而是只要检测到SDA被从机拉低，就算应答信号完成。所以周期信号重要的不是维持时间（但也有最小时间限制），而是上升沿信号。

其他地方和我的时序没太大区别。

3. 正点原子 STM32 的 I2C 时序

这里只分析时序图，对应 I²C 代码见文章最后一章

由于我没接 I²C 从机，所以没有应答信号。这份时序和普中51的很类似，比如低电平时长为高低平的两倍（在中间更改SDA电平），第9个周期采用循环读取应答信号，如果检测到应答信号，就将时钟拉低，否则一直检测，直到超时（循环内有计数值限制循环时间）。

另外，由于这款32位芯片的时钟频率较高，所以一个周期时长只有9.542us，而普中51的时序中周期时长为57.5us。

4. ARM Linux 内核 I2C 时序

内核的 I²C 源码我不太了解，平时只用过内核自带的 I²C 接口函数

总览

LInux 内核的 I²C 时序有个特点，起始信号、结束信号和中间数据传输直接隔得很开，读和写也分开了，但时序规则没变。

发送地址数据

一个周期的时长为4.99us，高电平2us，低电平3us，9个周期长度相同。

读取数据

5. 涉及到的 I2C 代码（软件模拟 I2C）

下面仅给出 I²C 的功能代码和简单的外设读写代码（组成完整 I²C 时序），不涉及主函数和其他无关功能代码

我的

代码仅用来参考 I²C 具体实现过程，不能直接运行

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： Delay_10us
 * @ 功  能  ： 10us粗略延时
 * @ 参  数  ： 延时时间--单位10us
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void Delay_10us(unsigned int time)
{
    
	while(time--);
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Delay
 * @ 功  能  ： I2C延时函数
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void I2c_Delay()
{
    
	Delay_10us(1);
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Start
 * @ 功  能  ： I2C起始信号
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void I2c_Start()
{
    
	sda = 1;
	scl = 1;
	I2c_Delay(); //起始信号建立时间
	sda = 0;     //SDA拉低，下降沿
	I2c_Delay(); //起始信号保持时间
	scl = 0;
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Stop
 * @ 功  能  ： I2C停止信号
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void I2c_Stop()
{
    
	scl = 0;
	I2c_Delay(); //上一个时钟周期的低电平
	sda = 0;
	scl = 1;
	I2c_Delay(); //停止信号建立时间
	sda = 1;     //SDA拉高，上升沿
	I2c_Delay(); //总线空闲时间保持
}


/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Ack
 * @ 功  能  ： I2C应答信号
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void I2c_Ack()
{
    
	scl = 0;
	sda = 0;     //SDA拉低，发出应答信号
	I2c_Delay();
	scl = 1;
	I2c_Delay(); 
	scl = 0;
}


/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_No_Ack
 * @ 功  能  ： I2C非应答信号
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void I2c_No_Ack()
{
    
	scl = 0;
	sda = 1;     //SDA拉高，发出非应答信号
	I2c_Delay();
	scl = 1;
	I2c_Delay(); 
	scl = 0;
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Wait_Ack
 * @ 功  能  ： I2C等待应答信号
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 1：接收到应答信号，0：接收到非应答信号
 ******************************************************************************/
unsigned char I2c_Wait_Ack()
{
    
	unsigned char ack = 0;
	sda = 1;
	scl = 0;	    
	I2c_Delay();
	scl = 1;
	I2c_Delay(); 
	if(sda == 0) //检测数据线SDA是否被拉低
		ack = 1;
	else 
		ack = 0;
	scl = 0;
	return ack;
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Write_Byte
 * @ 功  能  ： I2C写字节
 * @ 参  数  ： dat 要写入的字节数据
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void I2c_Write_Byte(unsigned char dat)
{
    
	unsigned char i = 0;
	
	
	for(i = 0; i < 8; i++) //读取8位
	{
    
		scl = 0;	
		I2c_Delay();
		if(dat & 0x80)  //发送最高位
			sda = 1;
		else 
			sda = 0;
		scl = 1; 
		I2c_Delay();		
		dat <<= 1;  //左移1位
	}
	scl = 0;
}


/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： I2c_Read_Byte
 * @ 功  能  ： I2C读字节
 * @ 参  数  ： 无
 * @ 返回值  ： 读取的字节数据
 ******************************************************************************/
unsigned char I2c_Read_Byte()
{
    
	unsigned char dat = 0, i = 0;
    
	for(i = 0; i < 8; i++) //读取8位
	{
    
		dat <<= 1;   //左移1位
		scl = 0;	
		I2c_Delay();
		scl = 1;     //SCL高电平
		I2c_Delay();
		if(sda)      //读取SDA状态
			dat |= 0x1;
	}
	scl = 0;
	return dat;
}

/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： At24c02_Write
 * @ 功  能  ： AT24C02写字节
 * @ 参  数  ： 
 *              addr 要写数据的地址（存储空间）
 *              dat  要写入的字节数据
 * @ 返回值  ： 无
 ******************************************************************************/
void At24c02_Write(unsigned char addr, unsigned char dat)
{
    
	I2c_Start();
	I2c_Write_Byte(0xA0); //发送I2C设备地址
	I2c_Wait_Ack();       //等待从机响应
	I2c_Write_Byte(addr); //发送要写入的内存地址
	I2c_Wait_Ack();
	I2c_Write_Byte(dat);  //写入数据
	I2c_Wait_Ack();
	I2c_Stop();
	Delay_10us(1000);     //写周期
}


/******************************************************************************
 * @ 函数名  ： At24c02_Read
 * @ 功  能  ： AT24C02读字节
 * @ 参  数  ： addr 要读数据的地址（存储空间）
 * @ 返回值  ： 读取的字节数据
 ******************************************************************************/
unsigned char At24c02_Read(unsigned char addr)
{
    
	unsigned char dat = 0, i = 0;
	I2c_Start();
	I2c_Write_Byte(0xA0); //发送I2C设备地址
	I2c_Wait_Ack();       //等待从机响应
	I2c_Write_Byte(addr); //发送要写入的内存地址
	I2c_Wait_Ack(); 
	I2c_Start();
	I2c_Write_Byte(0xA1); //发送I2C设备地址（读数据）
	I2c_Wait_Ack();       //等待从机响应
	dat = I2c_Read_Byte(); //读取数据
	I2c_Wait_Ack(); 
	I2c_Stop();
	return dat;
}

————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「小辉_Super」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43772810/article/details/122149151

普中科技的

代码仅用来参考 I²C 具体实现过程，不能直接运行

#include"i2c.h"

/*******************************************************************************
* 函数名         : Delay10us()
* 函数功能		   : 延时10us
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/

void Delay10us()
{
    
	unsigned char a,b;
	for(b=1;b>0;b--)
		for(a=2;a>0;a--);

}
/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cStart()
* 函数功能		 : 起始信号：在SCL时钟信号在高电平期间SDA信号产生一个下降沿
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
* 备注           : 起始之后SDA和SCL都为0
*******************************************************************************/

void I2cStart()
{
    
	SDA=1;
	Delay10us();
	SCL=1;
	Delay10us();//建立时间是SDA保持时间>4.7us
	SDA=0;
	Delay10us();//保持时间是>4us
	SCL=0;			
	Delay10us();		
}
/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cStop()
* 函数功能		 : 终止信号：在SCL时钟信号高电平期间SDA信号产生一个上升沿
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
* 备注           : 结束之后保持SDA和SCL都为1；表示总线空闲
*******************************************************************************/

void I2cStop()
{
    
	SDA=0;
	Delay10us();
	SCL=1;
	Delay10us();//建立时间大于4.7us
	SDA=1;
	Delay10us();		
}
/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cSendByte(unsigned char dat)
* 函数功能		 : 通过I2C发送一个字节。在SCL时钟信号高电平期间，保持发送信号SDA保持稳定
* 输入           : num
* 输出         	 : 0或1。发送成功返回1，发送失败返回0
* 备注           : 发送完一个字节SCL=0,SDA=1
*******************************************************************************/

unsigned char I2cSendByte(unsigned char dat)
{
    
	unsigned char a=0,b=0;//最大255，一个机器周期为1us，最大延时255us。		
	for(a=0;a<8;a++)//要发送8位，从最高位开始
	{
    
		SDA=dat>>7;	 //起始信号之后SCL=0，所以可以直接改变SDA信号
		dat=dat<<1;
		Delay10us();
		SCL=1;
		Delay10us();//建立时间>4.7us
		SCL=0;
		Delay10us();//时间大于4us		
	}
	SDA=1;
	Delay10us();
	SCL=1;
	while(SDA)//等待应答，也就是等待从设备把SDA拉低
	{
    
		b++;
		if(b>200)	 //如果超过2000us没有应答发送失败，或者为非应答，表示接收结束
		{
    
			SCL=0;
			Delay10us();
			return 0;
		}
	}
	SCL=0;
	Delay10us();
 	return 1;		
}
/*******************************************************************************
* 函数名         : I2cReadByte()
* 函数功能		   : 使用I2c读取一个字节
* 输入           : 无
* 输出         	 : dat
* 备注           : 接收完一个字节SCL=0,SDA=1.
*******************************************************************************/

unsigned char I2cReadByte()
{
    
	unsigned char a=0,dat=0;
	SDA=1;			//起始和发送一个字节之后SCL都是0
	Delay10us();
	for(a=0;a<8;a++)//接收8个字节
	{
    
		SCL=1;
		Delay10us();
		dat<<=1;
		dat|=SDA;
		Delay10us();
		SCL=0;
		Delay10us();
	}
	return dat;		
}


/*******************************************************************************
* 函数名         : void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)
* 函数功能		   : 往24c02的一个地址写入一个数据
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/

void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
    
	I2cStart();
	I2cSendByte(0xa0);//发送写器件地址
	I2cSendByte(addr);//发送要写入内存地址
	I2cSendByte(dat);	//发送数据
	I2cStop();
}
/*******************************************************************************
* 函数名         : unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
* 函数功能		   : 读取24c02的一个地址的一个数据
* 输入           : 无
* 输出         	 : 无
*******************************************************************************/

unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
{
    
	unsigned char num;
	I2cStart();
	I2cSendByte(0xa0); //发送写器件地址
	I2cSendByte(addr); //发送要读取的地址
	I2cStart();
	I2cSendByte(0xa1); //发送读器件地址
	num=I2cReadByte(); //读取数据
	I2cStop();
	return num;	
}

正点原子的

代码仅用来参考 I²C 具体实现过程，不能直接运行

//	 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//ALIENTEK战舰STM32开发板
//IIC驱动 代码	   
//正点原子@ALIENTEK
//技术论坛:www.openedv.com
//修改日期:2012/9/9
//版本：V1.0
//版权所有，盗版必究。
//Copyright(C) 广州市星翼电子科技有限公司 2009-2019
//All rights reserved									  
//
 
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{
    					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );	//使能GPIOB时钟
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
    
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
    
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);							   	
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
    
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
    
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
    
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
    
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
    
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
                            
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {
                  
        //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
		if((txd&0x80)>>7)
			IIC_SDA=1;
		else
			IIC_SDA=0;
		txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
    
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
    
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

//在AT24CXX指定地址读出一个数据
//ReadAddr:开始读数的地址  
//返回值  :读到的数据
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{
    				  
	u8 temp=0;		  	    																 
    IIC_Start();  
	if(EE_TYPE>AT24C16)
	{
    
		IIC_Send_Byte(0XA0);	   //发送写命令
		IIC_Wait_Ack();
		IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址
		IIC_Wait_Ack();		 
	}else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据 	 

	IIC_Wait_Ack(); 
    IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   //发送低地址
	IIC_Wait_Ack();	    
	IIC_Start();  	 	   
	IIC_Send_Byte(0XA1);           //进入接收模式			   
	IIC_Wait_Ack();	 
    temp=IIC_Read_Byte(0);		   
    IIC_Stop();//产生一个停止条件	    
	return temp;
}
//在AT24CXX指定地址写入一个数据
//WriteAddr  :写入数据的目的地址    
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{
    				   	  	    																 
    IIC_Start();  
	if(EE_TYPE>AT24C16)
	{
    
		IIC_Send_Byte(0XA0);	    //发送写命令
		IIC_Wait_Ack();
		IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址
 	}else
	{
    
		IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据 
	}	 
	IIC_Wait_Ack();	   
    IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送低地址
	IIC_Wait_Ack(); 	 										  		   
	IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节							   
	IIC_Wait_Ack();  		    	   
    IIC_Stop();//产生一个停止条件 
	delay_ms(10);	 
}