总线一:I2C简介(介绍看这一篇就够啦) |
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本节主要介绍以下内容: I2C协议简介 STM32的I2C特性及架构 I2C初始化结构体详解 这是IIC总线协议,中文版PDF,需要的同学可以自行下载哈IIC总线协议中文版PDF 一、I2C协议简介I2C 通讯协议(Inter-Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的,由于它引脚少,硬件实现简单,可扩展性强,不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备,现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。 1.1 I2C物理层的特点(上图上拉电阻一般为4.7KΩ) 它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中,可连接多个I2C通讯设备,支持多个通讯主机及多个通讯从机。一个I2C总线只使用两条总线线路,一条双向串行数据线(SDA) ,一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据,时钟线用于数据收发同步。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。总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时,会输出高阻态,而当所有设备都空闲,都输出高阻态时,由上拉电阻把总线拉成高电平。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。具有三种传输模式:标准模式传输速率为100kbit/s ,快速模式为400kbit/s ,高速模式下可达 3.4Mbit/s,但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。(常用的是400kbit/s)连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。(最多挂载127个从机) 1.2 I2C的协议层 1. 2.1 12C基本读写过程I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。 主机写数据到从机:
通讯复合格式: I2C使用SDA信号线来传输数据,使用SCL信号线进行数据同步。 SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。 1.24 地址及数据方向 •I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址,主机发起通讯时,通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。设备地址可以是7位或10位。紧跟设备地址的一个数据位R/W用来表示数据传输方向,数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据,该位为“0”时表示主机向从机写数据。总结:读1 写0I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。 传输时主机产生时钟,在第9个时钟时,数据发送端会释放SDA的控制权,由数据接收端控制SDA,若SDA为高电平,表示非应答信号(NACK),低电平表示应答信号(ACK)。 二、STM32的I2C特性及架构软件模拟协议:使用CPU直接控制通讯引脚的电平,产生出符合通讯协议标准的逻辑。 硬件实现协议:由STM32的I2C片上外设专门负责实现I2C通讯协议,只要配置好该外设,它就会自动根据协议要求产生通讯信号,收发数据并缓存起来,CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器,就能完成数据收发。这种由硬件外设处理I2C协议的方式减轻了CPU的工作,且使软件设计更加简单。 STM32的I2C外设可用作通讯的主机及从机,支持100Kbit/s和400Kbit/s的速率,支持7位、10位设备地址,支持DMA数据传输,并具有数据校验功能。 2.1 STM32的I2C架构剖析STM32芯片有多个I2C外设,它们的I2C通讯信号引出到不同的GPIO引脚上,使用时必须配置到这些指定的引脚,以《STM32F10x规格书》为准。 引脚 I2C编号 I2C1 I2C2 SCL PB5/PB8(重映射) PB10 SDA PB6/PB9(重映射) PB11 2.1.2.时钟控制逻辑SCL线的时钟信号,由I2C接口根据时钟控制寄存器(CCR)控制,控制的参数主要为时钟频率。 可选择I2C通讯的“标准/快速”模式,这两个模式分别I2C对应100/400Kbit/s的通讯速率。在快速模式下可选择SCL时钟的占空比,可选Tlow/Thigh=2或Tlow/Thigh=16/9模式。(亲测好像没什么区别,在程序里面用2:1 跟16:9好像没什么区别,不知道设计这块的原因) CCR寄存器中12位的配置因子CCR,它与I2C外设的输入时钟源共同作用,产生SCL时钟。STM32的I2C外设输入时钟源为PCLK1。2.1.3.数据控制逻辑 I2C的SDA信号主要连接到数据移位寄存器上,数据移位寄存器的数据来源及目标是数据寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA数据线。 当向外发送数据的时候,数据移位寄存器以“数据寄存器”为数据源,把数据一位一位地通过SDA信号线发送出去;当从外部接收数据的时候,数据移位寄存器把SDA信号线采样到的数据一位一位地存储到“数据寄存器”中。 2.2 STM32的I2C通讯过程使用I2C外设通讯时,在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器(SR1及SR2)”的不同数据位写入参数,通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。 2.2.1.主发送器通讯过程主发送器通讯过程 可使用STM32标准库函数来直接检测这些事件的复合标志,降低编程难度。 I2C_OwnAddress1 配置STM32的I2C设备自己的地址,每个连接到I2C总线上的设备都要有一个自己的地址,作为主机也不例外。地址可设置为7位或10位(受下I2C_AcknowledgeAddress成员决定),只要该地址是I2C总线上唯一的即可。 I2C_Ack_Enable配置I2C应答是否使能,设置为使能则可以发送响应信号。一般配置为允许应答(I2C_Ack_Enable),这是绝大多数遵循I2C标准的设备的通讯要求,改为禁止应答(I2C_Ack_Disable)往往会导致通讯错误。 I2C_AcknowledgeAddress选择I2C的寻址模式是7位还是10位地址。这需要根据实际连接到I2C总线上设备的地址进行选择,这个成员的配置也影响到I2C_OwnAddress1成员,只有这里设置成10位模式时,I2C_OwnAddress1才支持10位地址。 配置完这些结构体成员值,调用库函数I2C_Init即可把结构体的配置写入到寄存器中。 下一节我找个片子给大家介绍一下具体通过I2C怎么读写EEPROM! 其实 EEPROM读写还是比较容易的,还有一些温湿度传感器之类的通信协议都用的IIC,下节我为大家一一展开! |
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