IIC（Inter-Integrated Circuit）又称I2C（习惯读“I方C”），是IICBus简称，中文名为集成电路总线，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。适用于IC间的短距离数据传输。
最初的IIC通信速率只有100Kbps（12.5KB/s）,后来又发展到400Kbps（50KB/s）,再后来发展到1Mbps和3.4Mbps（高速模式）。速度越快，对通信设备的要求就越高，所以很多IIC通信设备并不支持高速模式。
IIC是单片机最常用的通讯方式之一，如果单片机需要扩展EEPROM存储芯片，就会用到IIC通信来读写EEPROM的数据。
除此很多传感器（如温湿度传感器，加速度传感器等）、外设（如OLED屏幕、LCD显示板等）也会采用IIC与单片机进行数据的传输。
所以IIC是单片机中必不可少的学习内容。
本文标题特别强调了“软件模拟”IIC通信，那是不是也有硬件IIC通信？是的。
硬件IIC：我们知道，STM32外设丰富，包括硬件级的IIC通信，也就是在其内部集成有专门用于IIC通信的硬件模块，只要在程序中配置相关的参数，就能启用该模块，再通过官方已经做好的库函数，就能直接实现IIC通信了。
软件模拟IIC则是不使用内部的IIC通信模块，也不使用官方的库函数，完全靠软件模拟来实现IIC的通信方式。
由于STM32的硬件IIC存在着应答信号卡死的问题，所以很多开发者更喜欢使用软件模拟IIC通信。另外，软件模拟IIC还有方便移植到其他设备的优点，且可以自己封装想要的功能函数，相比硬件IIC使用更灵活。
那么软件模拟IIC到底是如何实现的呢？
首先知道一点，不管何种有线通信方式，都是通过通信线传输高低电平信号实现的。数据的最小单位为bit，1个bit能表示0或者1，高低电平正好能代表这两种状态。高低电平不断变换，就能表示不断变化的0和1，将其连起来，就组成了一连串的数据。
所以理论上，只要是能产生高低电平信号的东西，就能用来通信。而单片机的IO口不就能输出高低电平，所以只要我们通过程序让IO口按照一定的规律输出高低电平，就能实现通信了。这样的通信方式就称为软件模拟通信。上面提到的规律，就是通信协议。
为了让数据发送端发送的数据能被接收端识别，必须约定一种特定的协议，双方都按照协议的规定发送或者接受数据，我们把这种协议叫做通信协议。
通常，我们所说的通信方式既包括物理接口也包括其通信协议。
物理接口：通俗地说就是要几根通信线，各通信线的定义与接法，比如IIC需要SCL与SDA两根通信线，缺少任何一根线都是无法通信的。
通信协议：包括各种信号、数据帧形式等定义。发送端将要发送的数据按照协议规定重新排列再发出去，接收端则按照协议将接收到的数据进行解析，得到正确的数据。未按照协议规定发送的数据接收端认为是无效数据，不做处理。
这就是不同通信方式的设备之间不能通信的原因。不同的通信方式有不同的通信协议，但可能采用相同的通信接口。比如RS485与RS422物理接口相同，但内部使用的通信协议可以不一样；RS232则与前两者的物理接口也不一样。
所以建立通信的条件有：物理接口，通信协议。
现在我们回到IIC通信。
IIC物理接口：IIC串行总线有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上，属于多主多从总线。主机一次只能跟一个从机通信，如果要跟多个从机传输数据，则需要采用轮询的方式。通常会给SDA和SCL外接上拉电阻，确保无数据传输时，总线处于闲置状态。但是不接也可以，可以使用STM32的片内上拉电阻。
这两根线中，SCL是时钟线，用来同步时钟信号；SDA是数据线，用来传输数据。
如果是硬件IIC，那么这两根线必须接到STM32的特定引脚上，以STM32F03C8T6为例，其IIC2的SCL为PB10，SDA为PB11，那从机的SCL就只能接在PB10，SDA只能接在PB11。
但对于软件模拟IIC，就没有任何限制，你可以定义任意两个IO口分别作为SCL与SDA。
IIC通信协议：IIC通信协议较简单，主要由起始信号、数据帧、应答信号，停止信号组成。
其发送数据的形式如下。
传输数据前，STM32先产生一个起始信号，各从机接收到该信号后就知道主机要发送数据了，就会做好接受数据的准备。然后单片机开始发送一串数据（8位二进制数），然后进入等待应答状态，从机接收这串数据后，会返回一个应答信号给单片机，告诉单片机刚才的数据我已经接收到了。单片机收到应答信号后继续发送下一个数据帧，然后又进入等待应答状态，直到收到从机的应答信号。
一直循环下去，直到所有数据发送完。然后，单片机会发送一个停止信号，告诉从机，我的数据已经发送完了，你们可以休息了。从机收到停止信号后，就会停止接收数据，除非再次收到起始信号。当然，如果是与一个从机建立通信，发送完数据后也可以不发送停止信号，让通信一直保持，下次再发送数据就不需要再发送起始信号了。
但如果有多个从机的话，不发送停止信号的话会让总线一直处于占用状态，导致其他从机无法与单片机通信（就好像跟女朋友打电话聊完了要及时挂断，否则你的好兄弟就无法呼叫你）。所以多从机下，发完数据就要及时发出停止信号。
接下来详细讲解各个信号以及如何在程序里实现。
首先我们这里先定义SCL与SDA的引脚，以及两个引脚置高、置低的函数。
将PA1作为SCL，PA2作为SDA。
#define IIC_SCL_H() GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1) //定义SCL置高为PA1置位
#define IIC_SCL_L() GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1) //定义SCL置低为PA1复位
#define IIC_SDA_H() GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2) //定义SDA置高为PA2置位
#define IIC_SDA_L() GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2) //定义SDA置低为PA2复位 延时函数：
void Delay_us(int Time)
{
int i=0;
while(Time--)
{
i=8;
while(i--);
}
return;
}
由于SDA需要在输入输出模式之间切换（等待应答时需要将PA2切换成输入模式），所以还要定义这两个函数。输出模式用推挽输出即可，输入模式采用上拉输入模式（如果总线外接了上拉电阻，采用浮空输入也可以）。
关于STM32GPIO的模式可参考文章STM32_GPIO详解
void SDA_OUT(void) //SDA输出模式
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
void SDA_IN(void) //SDA输入模式
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //上拉输入模式
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}起始信号：
发送起始信号之前，肯定要保证IIC总线处于空闲状态，如果总线正忙，起始信号肯定不能起作用的。所以先说说IIC的空闲状态。
IIC的空闲状态下，SCL与SDA都处于高电平。这种状态下，总线被释放（单片机从机都没有拉低总线），无数据传输。
起始信号是SCL处于高电平时，SDA出现下降沿。如下图虚线框内所示。
图中电平变化的坡度是为了便于理解，实际上的坡度不明显。
用程序实现如下
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT(); //SDA切换至输出模式
IIC_SDA_H(); //SDA置高
IIC_SCL_H(); //SCL置高
Delay_us(1);
IIC_SDA_L(); //SDA置低
Delay_us(1);
}程序中，SDA与SCL都置高后，延时了1us再将SDA置低，这是为了保证SDA置低时，SCL处于高电平状态（单片机发出置高的指令后，IO口并不能立马置高，会有短暂的延时），同时也是给IIC从机有足够的时间采集总线电平状态。像一些低速IIC设备，他们采集电平状态速度较慢，主机就得跟着减缓发送数据的速度，即加大电平变换时的延时。而对于高速IIC设备，则可以减小延时。这也是制约IIC通信速率的因素之一。
停止信号：
停止信号是SCL处于高电平，SDA出现上升沿。如下图虚线框内所示。
可以看到，停止信号过后，SDA与SCL都处于高电平状态，正好就是总线空闲状态。
用程序实现停止信号如下：
void IIC_Stop(void)
{
IIC_SCL_H(); //SCL置高
IIC_SDA_L(); //SDA置低
Delay_us(1);
IIC_SDA_H(); //SDA置高
Delay_us(1);
}数据帧：
数据帧是数据发送的最小单位。
每个数据帧承载1KB数据，也就是8bit，对应着一个8位二进制数，这里我把它称为数据串。
IIC的是先发高字节再发低字节。例如，有一个数据为11001010，IIC在数据串中就是1-1-0-0-1-0-1-0，数据发送的先后顺序也是按照上面的排列顺序。
在IIC的协议中规定：SCL为低电平时，SDA才允许变换状态；SCL为高电平时，才读取SDA状态。
通俗的讲：在SCL为高电平时，IIC总线上的设备才会读取SDA的状态，在SCL为低电平时，则绝对不读取。这样规定是为了让IIC总线上的设备保持时序同步。
所以数据串的时序为：SCL置低——SDA根据要传输的数据位是0还是1置低或高——SCL置高——延时——SCL置低——SDA根据要传输的数据位是0还是1置低或高... 以此循环八次，把8位数据传输完毕。
假设现在需要传输11001010这个8位二进制数，其电平变化应当如下：
用程序实现如下：
void IIC_WriteByte(u8 data) //发送一个数据串，data为要发送的数据
{
u8 i;
SDA_OUT(); //SDA设置为输出模式
for(i=0;i<8;i++) //循环发送，每次循环发送1bit，循环8次就是1Byte
{
IIC_SCL_L(); //SCL置低
if(data & 0x80) //如果Data的第八位是高电平
IIC_SDA_H(); //SDA置高
else
IIC_SDA_L(); //SDA置低
IIC_SCL_H(); //SCL置高
Delay_us(1); //延时
data<<=1; //data左移一位
}
}
应答信号
应答信号就是用于确认对方已经收到数据的信号。一个完整的数据帧由数据串与一个应答信号组成。
在数据串发送完成之后，将SCL置低，SDA置高电平，然后STM32将SDA的IO口切换成输入模式（前面的SDA置高电平可以省略，因为切换成输入模式后总线会自动变成高电平），再将SCL置高电平。然后延时等待，如果从机收到刚才发送的数据，则会将SDA拉低，这个低电平就是应答信号。
此时的STM32因为处于输入模式，就会收到应答信号，则认为上个数据发送成功，就再切回输出模式，继续下一帧的数据传输，或者发出停止信号。如果没有收到应答信号，则认为数据发送失败，可以重新发送一遍刚才的数据，或者直接发送停止信号。
接着刚才的数据帧表示应答信号如下：
从程序实现如下：
u8 IIC_Wait_Ask(void)
{
int count=0;
IIC_SCL_L(); //SCL置低
Delay_us(1); //延时
IIC_SDA_H(); //SDA置高
SDA_IN(); //SDA切换成输入模式
IIC_SCL_H(); //SCL置高
Delay_us(1); //延时，等待从机发出应答信号
while(Read_IIC_SDA) //如果SDA为低电平
{
count++; //开始计数
if(count>250) //计数超过250，则认为数据发送失败，从机无响应
{
IIC_Stop(); //发出停止信号
return 1; //函数返回1
}
}
IIC_SCL_L(); //如果SDA为高电平，则认为收到应答，SCL置低
Delay_us(1);
return 0; //函数返回0
}IIC数据传输就是以上述信号和数据帧为基础，不断循环，将数据一帧一帧发送出去。
这篇文章只是简单的讲了IIC的时序与各信号与数据帧的程序实现，实际的IIC运用还跟从机的寄存器地址、命令有关，在下一篇文章（IIC通信驱动OLED屏幕）中将以在OLED屏幕上显示"Hello world"为例，讲解STM32通过IIC与OLED屏幕的数据传输。
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