STM32单片机

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STM32单片机——IIC概念与协议软件模拟及固件库配置 IC2协议简介I2C协议总线构成I2C总线物理层特点软硬件I2C比较 I2C协议通信方式空闲状态开始信号停止信号应答信号数据的有效性数据传输I2C读写数据函数 I2C标准库结构体解析及程序设计

IC2协议简介

I2C 是很常见的一种总线协议，I2C 是飞利浦公司在80年代开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。IIC属于半双工同步通信方式。I2C 使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。

I2C协议总线构成

I2C 总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(双向串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。I2C通信方式为半双工，只有一根SDA线，同一时间只可以单向通信。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。下图是I2C总线系统结构具体电路原理图。

I2C总线物理层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。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。软硬件I2C比较

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；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；区别：　1. 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。　2. 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。

如何区分？　1.硬件IIC用法复杂，模拟IIC流程更加清楚　2.硬件IIC速度比模拟快，并且可以用DMA 　3.模拟IIC可以在任何管脚上，硬件IIC在固定管脚上

I2C协议通信方式宏定义#define SCLK_Set() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) //PB0(SCL)输出高 #define SCLK_CLr() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) //PB0(SCL)输出低 #define SDIN_Set() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1) //PB1(SDA)输出高 #define SDIN_CLr() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1) //PB1(SDA)输出低 #define READ_SDIN() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) //读取PB1(SDA)电平 #define IIC_ACK 0 //应答 #define IIC_NO_ACK 1 //不应答 //对应模拟I2C引脚IO口初始化 static void OLED_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体 RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //打开GPIOC的外设时钟 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; //选择控制的引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; //设置为通用开漏输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //设置输出速率为50MHz GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); //调用库函数初始化GPIOA SCLK_Set(); //设PC2（SCL）为高电平 SDIN_Set(); //设PC3（SDA）为高电平 } 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。开始信号当SCL为高电平期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。static void IIC_Start(void) { SCLK_Set(); //时钟线置高 SDIN_Set(); //数据线置高 delay_us(1); SDIN_CLr(); //数据线置低，数据发送从高到低跳变 delay_us(1); SCLK_CLr(); //时钟线置低 delay_us(1); } 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。起始信号和停止信号一般由主机产生在这里插入图片描述

static void OLED_IIC_Stop(void) { //时钟线高时，数据从低到高跳变 SDIN_CLr(); //数据线置低 delay_us(1); SCLK_Set(); //时钟线置高 delay_us(1); SDIN_Set(); //数据线置高 delay_us(1); } 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。对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第九个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。在这里插入图片描述

//模拟I2C读取从机应答信号 static unsigned char IIC_Wait_Ack(void) { unsigned char ack; SCLK_CLr(); //时钟线置低 delay_us(1); SDIN_Set(); //信号线置高 delay_us(1); SCLK_Set(); //时钟线置高 delay_us(1); if(READ_SDIN()) //读取SDA的电平 ack = IIC_NO_ACK; //如果为1，则从机没有应答 else ack = IIC_ACK; //如果为0，则从机应答 SCLK_CLr();//时钟线置低 delay_us(1); return ack; //返回读取到的应答信息 } 数据的有效性 IIC总线进行数据传输时时钟信号为高电平，数据线上的数据必须保持稳定时钟线上为低电平，数据线上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在这里插入图片描述

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，高位先行。数据位的传输是边沿触发。 I2C读写数据函数 I2C读取一个字节Byte//I2C读取一个字节Byte static void Write_IIC_Byte(unsigned char IIC_Byte) { unsigned char i; //定义变量 for(i=0;i OLED_IIC_Start(); Write_IIC_Byte(0x78); //写入从机地址，SD0 = 0 Write_IIC_Byte(0x00); //写入命令 Write_IIC_Byte(IIC_Command);//数据 OLED_IIC_Stop(); //发送停止信号 } I2C写入数据static void Write_IIC_Data(unsigned char IIC_Data) { OLED_IIC_Start(); Write_IIC_Byte(0x78); //写入从机地址，SD0 = 0 Write_IIC_Byte(0x40); //写入数据 Write_IIC_Byte(IIC_Data);//数据 OLED_IIC_Stop(); //发送停止信号 } I2C标准库结构体解析及程序设计

STM32 I2C的结构体

typedef struct { uint32_t I2C_ClockSpeed; //设置SCL时钟频率，不得高于4000000 uint16_t I2C_Mode; //指定I2C工作模式，可选I2C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I2C设备地址 uint16_t I2C_Ack; //使能或关闭相应，一般是使能 uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; //指定地址长度，可为7或10 }I2C_InitTypeDef;

STM32 I2C常用库函数

//配置自身设备地址2 void I2C_OwnAddress2Config(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address); //发送设备地址 void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction); //接收数据 uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx); //停止接收 void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //外设开始正常工作 void I2C_Cmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);

I2C1 使能配置

void I2C_Configuration(void) { I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE); //使能GPIOB时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE ); //使能I2C1时钟 //PB6 --SCL ;PB7 --SDA GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; //复用开漏 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; //I2C1 SCL:PB6 SDA: PB7 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOB结构体 I2C_DeInit(I2C1); //初始化I2C1 I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; //使能应答 I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; //7位地址 I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 400000 ; //时钟速度 400K I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2 ; //2分频 16:9 I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; //I2C模式 I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0X30 ; //主机地址随便写不影响 I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStructure ); //初始化结构体 I2C_Cmd(I2C1,ENABLE); //使能I2C1 }

I2C写一个字节

//I2C写一个字节 void I2C_WriteByte(uint8_t addr,uint8_t data) { while (I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY)); //检查I2C总线是否繁忙 I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE); //开启I2C1 while( !I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); //EV5,主模式 I2C_Send7bitAddress(I2C1,OLED_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter); //发送器件地址 while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)); I2C_SendData(I2C1, addr); //寄存器地址 while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING)); I2C_SendData(I2C1, data); //发送数据 while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING)); I2C_GenerateSTOP( I2C1, ENABLE); //关闭I2C总线 }

I2C写命令

//写命令 void WriteCmd(unsigned char I2C_Command) { I2C_WriteByte(0X00,I2C_Command); }

I2C写数据

//写数据 void WriteData(unsigned char I2C_Data) { I2C_WriteByte(0x40,I2C_Data); }

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