此篇文章将从理论到实践，对 I2C 通信方式进行理论介绍与实际应用。理论部分主要讲述 I2C 总线的物理结构与其协议中的相关规定及几种不同的通信过程。实践部分将以我们各种开发场合常用到的一个显示模块——4线 0.96寸 OLED 显示屏和本人正在进行的大创项目中用到的 MS5837 压力传感器为例，对在 STM32F407 上如何用 I2C 协议驱动模块进行介绍。这是本人（仅仅是一位刚入门嵌入式的平平无奇的大学生）在 CSDN 的第一篇博文，旨在自己总结相关知识，如有错误，欢迎各位技术大牛批评指正！本人VX：Cyy15880234628。如果能帮到他人，那再好不过啦！

一、I2C相关知识

1、物理层

(1) 定义

IIC 是 Inter-Integrated Circuit 的缩写，即两线式串行总线，有数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成的串行总线，可进行数据的收发。总线结构如图所示：

(2) 通信方式

由定义可知，其数据线只有一条，所以 I2C 通信采用的是半双工通信，即数据在数据线上可以进行双向传输，但是不能同时收发。（可以想象成一根水管，水可以从左端流向右端，也可以从右端流向左端，但不能同时即从左流向右，又从右流向左，不可兼得哦！）

2、协议层

在协议层中，我们先对通信过程中所用到的几个名词所对应的相关规定做个了解。
（我也只懂这么多，哈哈哈哈，毕竟 I2C 协议不是一天两天读得完的。）

(1) 空闲状态

SDA 与 SCL 两条信号线同时处于高电平，这时规定总线处于空闲状态。

(2) 起始信号与停止信号的定义

起始信号： SCL 为高电平时，SDA 由高电平跳变为低电平；
停止信号： SCL 为高电平时，SDA 由低电平跳变为高电平。
光看文字解释似乎很抽象，来，咱们直接上图（本人自己画的丑图）！

start 表示起始信号，stop 表示停止信号，其实起始信号与停止信号的定义就是用 SDA 与 SCL 的不同组成来表示罢了。（当然，我对这俩规定的理解是，可以把SDA 想象成一个开关的刀，下，即合上，开始传输；上，即断开，停止传输。）

(3) 应答信号

发送器发生一个字节，在第九个时钟脉冲期间释放总线，接收器反馈一个应答信号。而应答信号又可分为两种，①有效应答（ACK）：应答信号为低电平；②无效应答（NACK）：应答信号为高电平。

(4) 数据传输

每位数据都有一个时钟脉冲来同步控制，即在 SCL 串行时钟配合下，SDA 逐位地串行传送每一位数据，传输是边沿出发的。

(5) 数据有效性

怎样的数据在传输过程中才算有效呢？在时钟信号高电平期间，数据线上的数据保持稳定。（或许又不好理解，那再上图！）

3、I2C 基本读写过程

主要包括三种通信过程：主机写数据到从机、主机读取从机数据、复合通信（既读又写）。在应用中，主要是前两种通信过程，复合通信很少见，这里我也只介绍前两种，后面驱动实战部分也是对这两种分别举例展示。

(1) 主机写数据到从机

通信过程如下图所示：

（有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。A 表示应答，A 非表示非应答（高电平）。S 表示起始信号，P 表示终止信号。）
首先，主机产生一个起始信号，开始传输数据。接着，主机向从机发送地址位和读写位（0），确定是哪个从机要接收主机发送的数据。之后就开始从主机向从机发送有效数据，从机根据接收到的数据返回有效应答或无效应答。最后主机产生一个停止信号，表示此次传输结束。
整个过程就是这样的，我不知道自己是否表述清楚，其实大家也可以类比送快递的一个过程，要知道送去谁家，送什么东西，签收时给一个反馈，在淘宝确认收货表示派送成功，过程终止。这样可能形象一点。

(2) 主机读从机数据

通信过程如下图所示：（有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。A 表示应答，A 非表示非应答（高电平）。S 表示起始信号，P 表示终止信号。）
大体过程与主机写数据到从机上差不多，大家自行类比理解哈，要注意的点就是数据和应答信号是谁发给谁。

二、实战应用

1、I2C 驱动 4线 0.96寸 OLED 显示屏

这个模块相信大家并不陌生，小型而又低功耗，运用范围十分广泛。现在关于这个模块在STM32F1系列上的实现源码很多，但在STM32F4系列上的实现源码很少，还是有很多人不懂得移植或者移植不成功，也当作是一个半开源了吧。
话不多说，开始讲思路！
其实就是按照前面所讲的对应的通信过程和相关协议规定来配置，再配合OLED的数据手册，编写移植显示的函数即可。
驱动该模块的流程图就是主机写数据到从机的通信过程，再放一遍图吧（把良心打在公屏上）

通信过程的配置就按照下面这部分代码配置即可，注释个人觉得挺清楚的了。

起始信号的定义：

停止信号的定义：

等待应答信号：

有效应答与无效应答的定义：

根据数据手册又可编写一些显示函数，如下：

当然，要使用该模块之前要记得对其进行初始化哦！初始化函数如下：

这样，OLED 显示屏就配置好了，我调试过了，亲测可用。

2、I2C 驱动 MS5837 压力传感器

由于大创需要，这个传感器可是我找了半天才找到符合需求的模块。也许大家用不到，但其驱动原理与其他模块是一样的。
该模块的驱动与OLED类似，只需要改写下地址位和读写位即可。

关于 I2C 相关内容我就介绍这么多，也许文中有很多表述不清楚，还请大家指出或者联系我，大家一起进步，一起向嵌入式攻城狮迈进！！！

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