stm32之IIC总线概述 |
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1.IIC通信协议定义
IIC通讯协议(Inter----Integrted Circuit)是由Phiips飞利浦公司开发的,
由于他引脚少,硬件实现简单,可拓展性强,不需要UASRT,CAN通讯协议的外部收发设备,现在被广泛使用在系统内多个集成电路IC(芯片)间的通讯。 2.通信方式半双工的通讯方式 3.内部结构
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直接的访问。 4.硬件特点总线通过上拉电阻接到电源。当IIC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,由上拉电阻把总线拉成高电平。 说明: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3.4M/s,但目前大多IIC设备尚不支持高速模式。 6.类型硬件IIC:对应芯片上的IIC外设,有相对应的IIC驱动电路,其所使用的IIC管教也是专用的; 特点:硬件IIC用法复杂,硬件IIC速度比模拟快,硬件IIC在固定管脚上,并且可以用DMA 硬件IIC的效率要远高于软件的,而软件IIC不受引脚限制,接口比较灵活。 软件IIC:一般是用GPIO管教,用软件控制管脚状态以及模拟IIC通信波形; 特点: 软件IIC是通过GPIO,软件模拟寄存器的工作方式,而硬件IIC是直接调用内部寄存器进行配置。如果要从具体硬件上来看,可以去看下芯片手册。因为固件IIC的端口是固定的,所以会有所区别。模拟IIC流程更加清楚,硬件IIC速度比模拟快,并且可以用DMA模拟,IIC可以在任何管脚上。 7.总线协议层内容IIC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。 1,IIC基本读写过程 主机写数据到从机 S:数据由主机传输至从机 p :数据传输结束 SLAVE ADDRESS : 从机地址 rw: 起始信号产生后,所有从机就开始紧接下来广播的从机地址信号。IIC总线,每个设备的地址都是唯一的,当主机广播的地址与某个设备的地址相同时,这个设备就被选中了,没被选中的设备讲会忽略之后的数据信号。根据IIC协议,这个从机地址可以是7位或10位。 A/A: 地址位之后,传输方向选择位,为0:表示数据传输方向是由主机传输至从机,即主机向从机写数据。为1:则相反。从机接收传输方向选择位后,主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号,只有接收到应答信号后,主机才能继续发送或接收数据。 配置方向传输位为”读数据”方向。广播完地址后,接收到应答信号后,从机开始向主机返回数据(DATA),数据包大小也为8位,从机每发送完一个数,都会等待主机的应答信号(ACK),重复这个过程,可以返回N个数据,N没有限制大小。当主机希望停止接收数据时,就向从机返回一个非应答信号(NCAK),则从机自动停止数据传输。 ① 空闲状态 IIC总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时,规定位总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态,即释放总线,由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。 ②开始信号 起始信号:当SCL为高电平期间,SDA有高到低的跳变;启动信号是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号。 ③停止信号 停止信号:当SCL为高电平期间,SDA由低到高的跳变;停止信号也是一种高电平跳变时序信号,而不是一个电平信号 ④应答信号 发送器每发送一个字节,就在时钟脉冲9期间释放数据线,由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时,规定为有效应答位(ACK简称应答位) 表示接收器已经成功地接收了该字节;应答信号为高电平时,规定为非应答位(NACK),一般表示接收器接收该字节没有成功。 ⑤数据的有效性 IIC总线进行数据传输时,时钟信号为高电平期间,数据线上的数据必须保持稳定,只有在时钟线上的信号为低电平期间,数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。 即:数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在下降沿到来之前必须稳定⑥数据传输 在IIC总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应(或同步控制),即在SCL串行时钟的配合下,在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。 9.STM32的IIC特性及架构
1.通讯引脚 STM32芯片有多个IIC外设,它们的IIC通讯信号引出到不同的GPIO引脚上,使用时必须配置这些指定的引脚。 ·可选择IIC通讯的“标准/快速”模式,这两个模式分别对应100/400Kbits/s的通讯速率。 ·在快速模式下可选择SCL时钟的占空比,可选T(low)/T(high) = 2或T(low)/T(high)=16/9模式。 ·CCR寄存器中12位的配置因子CCR,它与IIC外设的输入时钟源共用作用,产生SCL时钟。STM32的IIC外设输入时钟源位PCKL1 计算时钟频率 标准模式 T high = CCR T pckl1 T low= CCRTpclk1 快速模式中 Tlow/Tlow =2时: Thigh = CCRTpckl1 T low = 2lowTpckl1 快速模式中 Tlow/Tlow =16/9时: Thigh = 9CCRTpckl1 T low = 16low*Tpckl1 PCLK1 = 36MHz 想要配置400Kbits/s 方法: PCLK时钟周期: TPCLK1 = 1/36 000 000 目标SCL时钟周期: TSCL = 1/400 000 SCL时钟周期内的高电平时间: Thigh = TSCL/3 SCL时钟周期内的低电平时间: Tlow = 2*TSCL/3 计算CCR的值 : CCR = THIGH/TPCLK1 = 30 计算出来的值写入到寄存器即可 3.数据控制逻辑 IIC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。 10.STM32的IIC的通讯过程使用IIC外设通讯时,在通讯的不同阶段它会对”状态寄存器(SR1和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。 1.主发送器 ·往IIC的数据寄存器DR写入要发送的数据,这时TXE位会被充值0,表示数据寄存器非空,IIC外设通过SDA信号线一位位把数据发送出去后,又会产生EV8事件,即TXE被置1,重复这个过程,可发送多个字节。 ·发送数据完成后,控制IIC设备产生一个停止信号P,这个时候产生EV2事件,SR1的TEX位及BTF位被置1,表示通讯结束。 11.STM32的IIC结构体 typedef struct { uint32_t I2C_ClockSpeed; //设置SCL时钟频率,此值要低于400 000 uint16_t I2C_Mode; //指定工作模式,可选IIC模式及SMBUS模式 uint16_t I2C_DutyCycle; //时钟占空比,可选low/high = 2:0或16:9 uint16_t I2C_OwnAddress1; //自身的IIC设备地址 uint16_t I2C_Ack; //使能或者关闭响应,一般是使能 uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; //指定地址长度,可为7或10 }I2C_InitTypeDef;uint32_t I2C_ClockSpeed; //设置SCL时钟频率,此值要低于400 000 ·I2C_ClockSpeed 设置IIC的传输速率,在调用初始化函数时,函数会根据我们输入的数值经过运算后把时钟因子写入到IIC的时钟控制寄存器CCR。而我们写入的这个参数值不得高于400Khz. 实际上由于CCR寄存器不能写入小数类型的时钟因子,影响到SCL的实际频率可能会低于本成员设置的参数值,这时除了通讯会稍微慢点以外,不会对IIC的标准通讯造成其他影响。 ·I2C_ClockSpeed 设置IIC的传输速率,在调用初始化函数时,函数会根据我们输入的数值经过运算后把时钟因子写入到IIC的时钟控制寄存器CCR。而我们写入的这个参数值不得高于400Khz. 实际上由于CCR寄存器不能写入小数类型的时钟因子,影响到SCL的实际频率可能会低于本成员设置的参数值,这时除了通讯会稍微慢点以外,不会对IIC的标准通讯造成其他影响。uint16_t I2C_Mode; //指定工作模式,可选IIC模式SMBUS模式 ·I2C_Mode 选择IIC的使用方式,有IIC模式(IIC_Mode_IIC)和SMBus主、从模式(IIC_Mode_SMBusHost、IIC_Mode_SMBusDevice) IIC不需要在此处区分主从模式,直接设置IIC_Mode_IICj即可 uint16_t I2C_DutyCycle; //时钟占空比,可选low/high = 2:0或16:9 I2C_DutyCycle 设置IIC的SCL线时钟的占空比。该配置有两个选择,分别为低电平时间比高电平时间为2:1(IIC_DutyCycle_2)和16:9(IIC_DutyCycle_16_9). 其实这两个模式的比例差别并不大,一般要求都不会如此严格,这里随便选就可以了。 uint16_t I2C_OwnAddress1; //自身的IIC设备地址 ·I2C_OwnAddress1 配置STM32的IIC设备自己的地址,每个连接到IIC总线上的设备都有一个自己的地址,作为主机也不例外。地址可以设置为7位或10位(受下面IIC_AcknowledgeAddress成员决定),只要该地址是IIC总线上唯一的即可。 STM32的IIC外设可同时使用两个地址,即同时对两个地址作出响应,这个结构体成员IIC_OwnAddress1配置的是默认的,OAR1寄存器存储的地址,若需要设置第二个地址寄存器OAR2,可使用IIC_OwmAddress2Conig函数来配置,OAR2不支持10位地址。 uint16_t I2C_Ack; //使能或者关闭响应,一般是使能 ·I2C_Ack 配置IIC应答是否使能,设置位使能则可以发送响应信号,一般配置位允许应答(IIC_Ack_Enable),这是绝大多数遵循IIC标准的设备的通讯要求,改为禁止应答(IIC_Ack_Disable)往往会导致通讯错误。 uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; //指定地址长度,可为7或10·I2C_AcknowledgedAddress 选择IIC的寻址模式是7位或者是10位地址,这需要根据实际连接到IIC总线上设备的地址进行选择,这个成员的配置也影响到IIC_OwnAddress成员,只有这里设置成10位模式时,IIC_OwnAddress1才支持10位地址 配置完这些结构体成员的值,调用库函数IIC_Init就可以把结构体的配置写入到对应的寄存器中了。 ·void I2C_OwnAddress2Config(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address); //配置自身设备地址2·void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction); //发送设备地址 ·uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx);//接收数据 ·void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //停止接收 ·void I2C_Cmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //IIC外设开始正常工作 12.OLED屏幕定义 OLED即有机发光管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低功耗、极高反应速度、可用于绕曲性面板、使用温度范围广、构造及制程简单等有点,被认为是下一代的平面显示屏新兴应用技术。 · OLED显示和传统的LCD显示不同,其可以自发光,所以不需要背光灯,这使得OLED显示屏相对于LCD显示屏尺寸更薄,同时显示效果更优。 特点 常用的OLED屏幕有蓝色、黄色、白色等几种。屏的大小为0.96寸,像素点为 128*64,所以我们称为0.96oled屏或者12864屏。 1.模块尺寸:23.7 *23.8mm 2.电源电压:3.3-5.5V 3.驱动芯片:SSD1306 4.测试平台:提供 k60/k10,9s12XS128,51,stm32,stm8等单片机 原理 STM32内部建立一个缓存(共128*8个字节),每次修改的时候,只是修改STM32上的缓存(实际上就是SRAM),修改完后一次性把STM32上的缓存数据写入到OLED的GRAM。 这个方法也有坏处,对于SRAM很小的单片机(51系列)就比较麻烦。OLED屏幕常用指令 OLED屏幕显存 OLED本身是没有显存的,他的现存是依赖SSD1306提供的,而SSD1306提供一块显存。 SSD1306显存总共为128*64bit大小,SSD1306将这些显存分成了8页。每页包含了128个字节。 |
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