介紹

I²C（Inter-Integrated Circuit）中文是內部整合電路，屬於串列通訊匯流排。最早是由Philips開發，為了使嵌入式系統、手機等等可以連接低速周邊裝置而發展的，適用於短距離通訊。

I²C只需要兩條線即可完成通訊，分別是SDA與SCL因此非常的節省空間。大多應用於小型元件，最常看到的應該是EEPROM這一類的元件。

那I²C與SPI差別在哪呢?

I²C匯流排架構

使用時允許多個Master進行通訊，將各設備SCL與SDA連結即可。每一設備皆由屬於自己的地址，不管是任何設備SDA與SCL都屬於Open Drain 的IO腳，同時並接(Wired-And)在兩條線路上，皆需要加入上拉電阻。當導通時是低電位不導通時為浮接，所以利用電阻將電位拉高。

Wired-And指的是:

→Wired : 直接將設備對應的線接在一起

→And : 也就是大家熟知的And邏輯閘

也就是說只有當輸入都為High的時候才會輸出High，任一個為Low即為Low。代表著在匯流排當中只要有一個晶片為Low那就會是Low，而晶片可以輕易地控制Bus輸出Low，但要輸出High實則連其他晶片也必須同時輸出High。

I²C Protocol

可以看到上圖是一個I²C傳送資料的過程，先說明一下什麼是SDA與SCL:

SDA : 資料線，所以的資料交換都是在SDA上完成
SCL : 時鐘線，由Master輸出用

I²C的傳輸包括了四個部分:最開頭的Start信號，接下來會接上設備的I²C地址與傳送的資料，最後會接上一個Stop信號。

1. 先從起始信號與結束信號來看:
   

如何開始通訊?可以看到上方一剛開始由SDA與SCL皆處於High的情況，接著SDA向下拉由1變為0，這時SCL一樣保持為High，這個動作就可以當作一個開始信號。

SDA = 1;
Delay();
SCL = 1;
Delay();
SDA = 0;
Delay();
SCL = 0;
Delay();

如何結束通訊? 首先由SDA先降為Low而SCL處在High，接著再將SDA拉回High則代表結束通訊。

SDA = 0;
Delay();
SCL = 1;
Delay();
SDA = 1;
Delay();

2. 資料傳輸過程 :

在I²C當中交換資料時，是以8bit加上1bit的ACK為一組，每一次交換都是將MSB先傳送。無論是I²C的設備地址還是後續要交換的資料都需要按照這個模式去做傳送。

ACK與NACK說明

上方提到每一組資料會在後方接上一個ACK bit，而這個bit會由接收端產生。其中又分為ACK與NACK，ACK為Low而NACK為High。在這過程並非發送端一定時Master，也有可能是由Slave在傳送，而由Master產生ACK或NACK。

那是不是任何時候都能去透過SDA做資料交換呢?

當然是不行，可以看看下方這張圖片說明資料有效性。只有在SCL為Low時才可以去做資料的交換，這時候表示SDA處在混亂的階段。相反的當SCL為High時則無法去變更SDA，表示SDA處於穩定狀態。

3. I²C地址說明 :

地址分為7bit與10bit兩種地址，大多設備還是使用7bit作為地址長度。而如何區分究竟是7還是10bit則可以看到下圖，假設是10bit前方5個bit則為11110而後續接上2bit設備地址並且接上r/w(r:1 / w: 0)後等待ACK，接著才會接收剩餘的7bit。

.IOC檔設定

1. 左側Connectivity選單當中可以選擇I2C1-I2C3這邊以I2C示範。點選後可以看到上方可以設置I2C的模式選擇I2C開啟。

• SMBus-Alert-Mode
• SMBus-two-wire-interface

SMBus另外有支援Alert Signal可以在收到Alert時詢問是哪個Slace所發出的，再去對該設備進行後續處理。

2. GPIO腳位 : I2C1的SCL連接為PB6 SDA為PB7

3. 詳細設置

函數說明

同樣的有分為輪詢與中斷方式

Master

• 傳送輪詢方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size, uint32_t Timeout)

• 接收輪詢方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size, uint32_t Timeout);

• 傳送 中斷方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size);

• 接收 中斷方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size);

Slave

• 傳送輪詢方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size,uint32_t Timeout);

• 接收輪詢方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size,uint32_t Timeout);

• 傳送 中斷方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);

• 接收 中斷方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);

中斷回調函式-Master

• 傳送中斷回調函式

__weak void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_MasterTxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

• 接收中斷回調函式

__weak void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_MasterRxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

中斷回調函式-Slave

• 傳送中斷回調函式

__weak void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

• 接收中斷回調函式

__weak void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}