STM32:I²C通信原理概要

一、IIC通信原理

        IIC通信和串口通信有一定的相似之处，都有一根共地线和两根数据线。但是传递外部信息，串口有两根数据线可以进行双向通信，也就是全双工通信。而在IIC通信下，其中一条数据线是用于提供同步时钟脉冲的时钟线(SCL)，只有一根数据线(SDA)能够用于传递外部信息。因此，虽然IIC可以进行双向通信，但是不能够同时进行，也就是半双工通信。

        IIC采用主从模式，支持多设备通信。即一台被当作主机，剩下的当作从机。由主机率先发起通信，从机才能根据主机的指令回复相应的信息。

        像这种支持多个设备进行通信的通信协议我们称之为总线协议。在IIC总线上，每个从机都有其唯一的设备地址。例如AHT20的设备地址是0x70,OLED设备地址是0x7A。当主机需要与AHT20进行通信时,在通信开始时主机就会发送AHT20设备地址。当从机收到主机发来是自己的设备地址后就会向主机发送响应数据(ACK)。如果不是自己的设备地址就把信息抛弃。

        在串口中，通信的双方首先约定通信的速度，即比特率。然后双方按照这一速度在合适的时机去设置/读取数据线上的高低电平，这种模式称之为异步模式。这种的优点就是通信便捷，但是缺点就是要保证双方各自的时钟系统是精确的。

        但是有很多小型传感器并没有精确的晶振提供时钟基准，因此IIC选择了同步通信方式。由主机通过SCL发送固定频率的时钟脉冲信号来作为IIC总线上的统一时钟源。

二、IIC通信步骤

        主机负责提供同步的脉冲信号与从机进行时间同步。具体就是当时钟线处于低电平时，数据发送方有权设置数据线的电平；当时钟线为高电平时，无数据线控制权的设备读取数据线电平。

        首先，IIC数据线与时钟线上往往有一个上拉电阻进行上拉。所以在未开始通信时，数据线和时钟线都处于高电平。在通信开始时，数据线的控制权在主机上，从机负责在时钟线在高电平时读取数据。在时钟线依旧是高电平时，将数据线提前下拉。所有从机就读取到一个低电平，意味着开始接收主机指令。而后时钟线提供一个恒定频率的时钟脉冲信号，主从机根据这个时钟信号开始通信操作。例如主机要发送0x71(0111001)数据。

        在时钟线低电平时，数据线为高电平，说明主机发送的数据是1，数据线为低电平时，数据发送的就是0；在时钟线高电平时，数据线为高电平，说明从机读取到的数据是1，数据线为低电平时，从机读取到的就是0..

        将0x71发送完后，从机AHT20收到主机与自身建立通信的信息，返回一个ACK信号，并获得数据线控制权。在物理上的表现就是，时钟线处于低电平时，从机将数据线电平拉低。而后，就与之前的方式相反了。主机负责在时钟线在高电平时读取数据，从机在时钟线低电平时写数据。如此反复直到AHT20返回所有数据。而后在时钟线为高电平时，主机将数据线拉高，表示IIC通信结束。 

也就是说当时钟线为高电平时，主机拉低数据线就代表通信开始，时钟线为高电平的期间, 拉高数据线, 就表示本次通讯结束。