对IIC总线时序的一点理解以及ACK和NACK(NAK)

发布时间:2023-06-27  

关于IIC的响应问题:对于每一个接收设备(从设备,slaver),当它被寻址后,都要求在接收到每一个字节后产生一个响应。因此,the master device 必须产生一个额外的时钟脉冲(第九个脉冲)用以和这个响应位相关联。


在这个脉冲期间,发出响应的从设备必须将SDA拉低并在时钟脉冲的高电平期间保持住。这表示该设备给出了一个ACK。如果它不拉低SDA线,就表示不响应(NACK)。


另外,在从机(发送方)发送完最后一个字节后主设备(接收方)必须产生一个不响应位,用以通知从机(发送方)不要再发送信息了,这样从机就知道该将SDA释放了,而后,主机发出一个停止位给slaver。


总结下,IIC通讯中,SDA 和 SCL 都是有主机控制的,从设备只是能够将SDA线拉低而已。对于SCL线,从机是没有任何能力去控制的。从机只能被动跟随SCL。


再说的清楚些:

主机发送数据到从机的状态下:主机控制SCL信号线和SDA信号线,从机只是在SCL线为高的时候去被动读取SDA线。

主机读取从机的数据的状态下:主机来发出时钟信号,从机只是保证在时钟信号为高电平的时候的SDA的状态而已。

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补充@201108311142

SDA和SCL已经通过上拉电阻被上拉,master可以控制(拉低或者释放)这两条线,而slaver只能控制SDA线。当master发送数据时,master会适时地将SDA和SCL拉低或释放(拉高)。确切的时序应该是这样的:

当mater要发送一个start时,mater会将SDA拉低,这就可以了,因为此时的SCL一定是High。好了,一个start就这样发出去了。而slaver也会发现这个start信号的发生,slaver便会准备好接收接下来的数据了。紧接着,master要发送一个Byte的数据了,一位一位的发出这8个bits。这时master会先将SCL拉低,然后在SCL为低的状态下将一个bit准备好放到SDA上(比如要发送一个 0,master就会通过拉低SDA来放好这个0),然后master会把SCL拉高(释放),此时slaver会立刻检测到SCL的变化,由此聪明的slaver便知道master已经将要发送的那个bit准备好了,slaver便会在这个SCL的高电平期间尽快(maser不会等你很久的哦)去读取一下SDA,嗯读到了一个0,slaver就把这个0放到自己的移位寄存器中待后续处理。master会在一个设定好的时间后把SCL再次拉低,然后在SCL为低电平期间把下一个bit放到SDA上,然后再把SCL拉高,然后slaver在SCL的高电平期间再去读SDA。。。。。如此反复8次,一个Byte的传输便告结束。当这8个bit发完后,SCL是处于低电平的(被master拉低的),SDA是出于高电平的(master已经释放了SDA)。

当一个字节发送完毕后,master会释放SDA(拉高)并拉低SCL,此时slaver如果打算发出一个ACK的话,它必须在这个SCL被master拉低的短暂时间内去主动将SDA拉低并保持住 (此前我们说过,SDA此时已经被master释放,所以slaver才有机会去拉低这个SDA)。master会在一个确定的时间后再次将SCL拉高,并在拉高的期间去读取SDA线的状态,如果读到低电平,则认为收到了来自slaver的响应(ACK),否则认为slaver没有响应(NACK)刚才发送的那一个Byte。这个过程就是我们说的i2c通讯中的第9个时钟周期。当master读完这个ACK / NACK 后,会再次将SCL拉低,用以通知slaver:第9个时钟周期已经结束,你现在可以释放SDA了。而此时master也可以向SDA上准备下一个Byte的第一个bit。继而重复上述过程。。。。。或者,master也许想在接下来发送一个stop过去,那么master会在这个SCL为低的时间内将SDA拉低,而后再将SCL拉高,在SCL为高的期间再将SDA释放 (拉高) 。这样,一个STOP位就产生了。你会发现此后的SDA和SCL都是高,这就是是所谓的总线空闲了!

一句话:SCL是单向的,由master控制。而SDA是双向的,master可以控制,slaver也可以控制。

阅读上述过程时,始终牢记:SDA上的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定,SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化。(开始信号和结束信号例外)!

另外,需要注意的是,并非每传输8位数据之后,都会有ACK信号,有以下3种例外:

(1)当从机不能响应从机地址时(例如它正忙于其他事而无法相应I2C总线的操作,或者这个地址没有对应的从机),在第9个SCL周期内SDA线没有被拉低,即没有ACK信号。这时,主机发出一个P信号终止传输或者重新发出一个S信号开始新的传输。

(2)如果从机接收器在传输过程中不能接收更多的数据时,它也不会发出ACK信号。这样,主机就可以意识到这点,从而发出一个P信号终止传输或者发出一个S信号开始新的传输。

(3)主机接收器在接收到最后一个字节后,也不会发出ACK信号。于是,从机发送器释放SDA线,以允许主机发出P信号结束传输。


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