什么是IIC协议

I2C（Inter-Integrated Circuit）通讯协议是由 Phiilps 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。

IIC通信由两根线构成，一根为信号线（SDA），另外一根为时钟线（SCL）。故IIC通信的物理层构成如下：

注意！此处的信号线与地址线都是总线。只要有一对设备在使用，总线¹便被占用，其他设备不能使用。
为了区分设备，每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。当有多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

这里解释一下这个“地址“。这个地址是IIC设备的地址，在IIC通信中，需要指定传送设备的地址。这个应该很容易理解，最常用的IP协议也有IP地址之说，TCP协议也有端口之说。不指定地址，就无法得知数据要发送到哪里去，通信就无法构成。这个不需要过多赘述。

但笔者在刚刚开始使用时，不知道这个地址究竟是以哪一种形式存在在通信中的。在MCU中，初始化IIC接口时，就需要你定义一个IIC地址，这就是你这个IIC接口的通信地址了（一般都是0）代码如下：
hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;

而我们一般用的IIC芯片的地址，如何得知呢？这个地址是以什么形态存在的？是连上MCU后MCU分配的吗？

IIC芯片的地址，都由IIC芯片自身决定。而且一般来说，都会提供几位（多数为3位）给用户自定义。拿LM75A温度传感器芯片来说，IIC通信地址为7bit，前4位是固定的（1001）后三位提供给用户自定义，做在引脚上通过用户输入的电平来决定地址位的高低。用户输入低电平，表示该位为0，用户输入高电平，表示该位为1。若把低三位拉低，地址就为0x90。如图：

协议层

S 表示传输起始信号，此时连接到 I2C 总线上所有的从机都会接收到这个信
号。

Slave Address 表示从机地址，此地址可以是 7 位或 10 位。当主机广播的地
址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了。

之后就是 R/W（传输方向选择位），该位为 0 时，表示后面的数据传输方向
是主机会写信息到被选中的从机；为 1 表示主机会向从机读信息。

当从机已经和从机“匹配”好了，那么此时主机或从机会返回一个应答（ACK）
或非应答（NACK）信号，只有收到信号后，主机才会继续发送或接收数据。这里的“继续”之所以提出来是因为发送和接收，对应从机发出的应答信号和主机发出的应答信号，是重复的。
当主机向从机发送一个停止信号（P），表示不再传输数据。当主机希望停止
接收时，向从机返回一个（NACK），则从机自动停止数据传输。

这是IIC通信的数据帧。可以看出。通信由1位的起始信号，7位地址位，1位表示读写的信号位，一位ACK应答信号，一字节的数据位，1位ACK应答信号，一字节数据位……直到数据全部发送完毕，产生一位终止位。

而IIC通信还支持一种比较复杂的通信模式。通信时和设备的某一寄存器进行通信。如图下方的数据帧。数据帧内发送了两段起始信号S。在第一段数据的DATA中，常常用于表示内部的寄存器地址，在第二次传输中，则是对内部的寄存器进行访问和读写

以上是IIC通信协议层读写的基本过程。

下面我们进一步了解每一个信号在IIC协议中是如何规定的

起始信号和停止信号

起始信号和终止信号是两种特殊的状态，如图，当 SLC 为高电平时 SDA 由
高电平向低电平切换，表示通讯的起始；当 SCL 是高电平时 SDA 由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。这两种信号一般由主机产生。如图：

数据的有效性

I2C 的 SDA 用来传输数据，SCL 进行数据的同步，如下图。SDA 数据线在SCL 的每个时钟周期传输一位数据。有效和无效看图即可，需要主要的是当 SCL为低电平时，SDA 数据无效，一般此时 SDA 进行电平转换，为下一次表示数据做好准备

传输方向依靠R/W位来判断

应答信号：响应包括应答（ACK）和非应答（NACK）两种。当设备（主机或从机）接收到 I2C 传输的一个字节数据后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送应答（ACK）信号，发送方则会继续发送数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送非应答（NACK）信号。发送方收到后会产生停止信号，结束数据发送。

以上为IIC协议层内容。STM32的IIC架构和STM32中的IIC接口如何使用，下一部分来提及。

后篇：STM32IIC通信详解（硬件实现基于HAL库编程）