第二天：IIC总线协议

一、IIC 总线协议

IIC（Inter-Integrated Circuit）总线协议是一种用于短距离通信的串行总线协议，广泛应用于嵌入式系统和微控制器的内部通信，另一种写法是I²C总线协议。它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。

IIC总线协议有很多的特点，目前应用十分广泛。首先是双线制通信，IIC协议使用两根线进行通信，SDA（Serial Data Line）数据线，用于传输数据；SCL（Serial Clock Line）时钟线，用于提供同步信号。其次是支持多个主从设备，IIC总线允许多个主机设备（Master）控制总线。主机负责生成时钟信号，并向从设备发送命令。同样的I²C可以连接多个从设备（Slave）。每个从设备都有一个唯一的地址，主机通过该地址与特定从设备进行通信。IIC使用7位或10位地址来标识每个从设备，7位地址可以支持最多127个从设备，而10位地址可以支持最多1023个从设备。再其次是数据传输方式，IIC总线的数据传输是基于字节（8位）的，每次传输一个字节，数据从主机传输到从设备或从设备传输到主机。最后，IIC支持多种数据传输速度，常见的速度模式有标准模式、快速模式、高速模式等。

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| 模式 | 传输速度 |
| 标准模式（Standard Mode） | 100kb/s |
| 快速模式（Fast Mode） | 400kb/s |
| 增强快速模式（Fast Mode Plus） | 1Mb/s |
| 高速模式（High Speed Mode） | 3.4Mb/s |
| 极速模式（Ultra-FastMode） | 5Mb/s |

表 6.1 IIC协议不同模式下传输速度汇总表

I²C协议的通信过程主要分为四个部分。分别为启动条件、地址传输、数据传输、停止条件。

启动条件：通信开始时，主机通过将SDA线从高电平拉低到低电平来发出启动信号（SDA下降沿，SCL保持高电平）。

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| 图1 IIC开始/停止信号时序图 |

地址传输：在启动条件后，主机发送一个包含从设备地址和读/写位的数据字节。根据从设备的应答，通信继续进行。

数据传输：数据通过SDA线传输，每次传输8位（1字节）。SDA在SCL低电平时改变数据，在SCL高电平时保持数据，每个SCL脉冲的高电平传递1位数据。每次字节传输后，从设备或主机会产生一个应答信号（ACK），确认数据的接收。数据的先后顺序为高位在前。

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| 图2 IIC数据传输时序图 |

停止条件：通信结束时，主机通过将SDA线从低电平拉高到高电平，发出停止信号，表示总线的释放（SDA上升沿，SCL保持高电平）。

IIC协议的优势有很多。如其连接简单，由于只需要两根线，硬件连接简洁，降低了布线成本。并支持多设备，通过地址机制，IIC可以连接多个设备，节省了主板上的引脚数量。IIC协议的实现成本较低，适合用于低功耗的设备。IIC适用于芯片间的短距离通信，如主板上的传感器、存储器等外围设备。

此外，IIC协议也有一些局限性。如通信距离短，IIC的通信距离通常较短，适用于PCB板内或近距离设备间的通信。数据传输速率较低，尽管IIC有不同的传输速率，但相比于SPI或UART等其他串行通信协议，IIC的传输速率较低。

二、IIC设备-OLED屏

OLED屏幕（Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管屏幕）是一种基于有机材料的自发光显示技术。OLED 屏幕的基本工作原理基于有机发光二极管（OLED）技术。OLED 屏幕由多个像素（每个像素由红、绿、蓝三种子像素组成）组成，每个子像素都由一个微小的发光二极管单元构成，依靠有机材料的电致发光效应发光。OLED屏幕的工作过程涉及电致发光效应。当电流通过 OLED 器件时，阴极（负极）注入电子，阳极（正极）注入空穴，电子和空穴在有机发光层内复合，释放出光子（光）。

OLED屏幕共有四个引脚，分别是VCC电源、GND地、SDA数据线、SCL时钟线，将VCC电源连接到开发板电源，将GND地连接到开发板接地端，将SDA数据线连接到开发板SDA，将SCL时钟线连接到开发板SCL。

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| 图3 OLED显示屏实物图 |

三、IIC实验

用STM32CubeMX启用IIC1，并生成Keil5工程。

首先添加两个.c/.h文件到工程中，然后修改主函数。main.c主函数如下所示，编译后0错误0警告。

cpp 复制代码

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	OLED_Init();
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {		
		OLED_ShowString(0,0,(uint8_t *)"HelloWorld!",2);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}