【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十二 |
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【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十二
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前言：
本系列教程将HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解，使您可以更快速的学会各个模块的使用 在之前的标准库中，STM32的硬件IIC非常复杂，更重要的是它并不稳定，所以都不推荐使用。 但是在我们的HAL库中，对硬件IIC做了全新的优化，使得之前软件IIC几百行代码，在HAL库中，只需要寥寥几行就可以完成 那么这篇文章将带你去感受下它的优异之处 这可能是目前关于STM32CubeMX的硬件iic 讲的最全面和详细的一篇文章之一了 所用工具： 1、芯片： STM32F103ZET6 2、STM32CubeMx软件 3、IDE： MDK-Keil软件 4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL库 5、IIC： 使用硬件IIC1 知识概括： 通过本篇博客您将学到： IIC的基本原理 STM32CubeMX创建IIC例程 HAL库IIC函数库 AT24C02 芯片原理 IIC 简介IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由NXP（原PHILIPS）公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。 在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送，高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。 PS： 这里要注意IIC是为了与低速设备通信而发明的，所以IIC的传输速率比不上SPI ＩＩＣ的物理层IIC一共有只有两个总线： 一条是双向的数据线ＳＤＡ，一条是串行时钟线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。I2C总线上的每一个设备都对应一个唯一的地址。
关于IIC的讲解，已经单独整理了一篇文章： 《IIC原理超详细讲解—值得一看》。 如果对IIC还不是太了解的朋友请移步到这篇文章中 IIC起始信号和终止信号： 起始信号：SCL保持高电平，SDA由高电平变为低电平后，延时(>4.7us)，SCL变为低电平。停止信号：SCL保持高电平。SDA由低电平变为高电平。
IIC信号在数据传输过程中，当SCL=1高电平时，数据线SDA必须保持稳定状态，不允许有电平跳变，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。 SCL=1时 数据线SDA的任何电平变换会看做是总线的起始信号或者停止信号。 也就是在IIC传输数据的过程中，SCL时钟线会频繁的转换电平，以保证数据的传输
每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据， 应答信号：主机SCL拉高，读取从机SDA的电平，为低电平表示产生应答 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。 每发送一个字节（8个bit）在一个字节传输的8个时钟后的第九个时钟期间，接收器接收数据后必须回一个ACK应答信号给发送器，这样才能进行数据传输。 应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答， 这里我们仅介绍基于AT24C02的IIC通信 以AT24C02为例子24C02是一个2K Bit的串行EEPROM存储器（掉电不丢失），内部含有256个字节。在24C02里面有一个8字节的页写缓冲器。 可以通过存储IC的型号来计算芯片的存储容量是多大，比如24C02后面的02表示的是可存储2Kbit的数据，转换为字节的存储量为21024/8 = 256byte；那么24C04后面的04表示的是可存储4Kbit的数据，转换为字节的储存量为41024/8 = 512byte;以此来类推其它型号的存储空间。 下图为芯片从地址： 可以看出对于不同大小的24Cxx，具有不同的从器件地址。由于24C02为2k容量，也就是说只需要参考图中第一行的内容： 也就是说如果是 写24C02的时候，从器件地址为10100000（0xA0）； 读24C02的时候，从器件地址为10100001（0xA1）。 片内地址寻址： 芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。 对应的修改 A2A1A0 三位数据即可 向AT24C02中写数据 注意： 在写数据的过程中，每成功写入一个字节，E2PROM存储空间的地址就会自动加1，当加到0xFF后，再写一个字节，地址就会溢出又变成0x00。 写数据的时候需要注意，E2PROM是先写到缓冲区，然后再“搬运到”到掉电非易失区。所以这个过程需要一定的时间，AT24C02这个过程是不超过5ms！ 所以，当我们在写多个字节时，写入一个字节之后，再写入下一个字节之前，必须延时5ms才可以 从AT24C02中读数据 1，读当前地址的数据 3、连续读数据 1设置RCC时钟 设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源 2 IIC设置 Master features 主模式特性 I2C Speed Mode： IIC模式设置 快速模式和标准模式。实际上也就是速率的选择。 I2C Clock Speed：I2C传输速率，默认为100KHz Slave features 从模式特性 Clock No Stretch Mode： 时钟没有扩展模式 IIC时钟拉伸(Clock stretching) clock stretching通过将SCL线拉低来暂停一个传输.直到释放SCL线为高电平,传输才继续进行.clock stretching是可选的,实际上大多数从设备不包括SCL驱动,所以它们不能stretch时钟.Primary Address Length selection： 从设备地址长度 设置从设备的地址是7bit还是10bit 大部分为7bit -Dual Address Acknowledged： 双地址确认 Primary slave address： 从设备初始地址 这里我们保持默认即可 3 串口设置 这里设置为异步通信，其他的默认即可 串口如有不懂，请看这篇文章 【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程四—UART串口通信详解 5 时钟源设置 32的时钟树框图 如果不懂的话请看《【STM32】系统时钟RCC详解(超详细，超全面)》 6 项目文件设置
然后点击GENERATE CODE 创建工程 配置下载工具 新建的工程所有配置都是默认的 我们需要自行选择下载模式，勾选上下载后复位运行
在i2c.c文件中可以看到IIC初始化函数。在stm32f1xx_hal_i2c.h头文件中可以看到I2C的操作函数。分别对应轮询，中断和DMA三种控制方式 上面的函数看起来多，但是只是发送和接收的方式改变了，函数的参数和本质功能并没有改变 比方说IIC发送函数 还是发送函数，只不过有普通发送，DMA传输，中断 的几种发送模式 这里我们仅介绍下普通发送，其他的只是改下函数名即可 IIC写函数 HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);功能：IIC写数据 参数： *hi2c 设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2DevAddress 写入的地址 设置写入数据的地址 例 0xA0*pData 需要写入的数据Size 要发送的字节数 Timeout 最大传输时间，超过传输时间将自动退出传输函数IIC读函数 HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);功能：IIC读一个字节 参数： *hi2c： 设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2 DevAddress： 写入的地址 设置写入数据的地址 例 0xA0 *pDat：a 存储读取到的数据 Size： 发送的字节数 Timeout： 最大读取时间，超过时间将自动退出读取函数 举例： HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,0xA1,(uint8_t*)TxData,2,1000) ；;发送两个字节数据 IIC写数据函数 HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); /* 第1个参数为I2C操作句柄 第2个参数为从机设备地址 第3个参数为从机寄存器地址 第4个参数为从机寄存器地址长度 第5个参数为发送的数据的起始地址 第6个参数为传输数据的大小 第7个参数为操作超时时间 */功能： IIC写多个数据 该函数适用于IIC外设里面还有子地址寄存器的设备，比方说E2PROM,除了设备地址，每个存储字节都有其对应的地址 参数： *hi2c： I2C设备号指针，设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2 DevAddress： 从设备地址 从设备的IIC地址 例E2PROM的设备地址 0xA0 MemAddress： 从机寄存器地址 ，每写入一个字节数据，地址就会自动+1 MemAddSize： 从机寄存器地址字节长度 8位或16位 写入数据的字节类型 8位还是16位 I2C_MEMADD_SIZE_8BIT I2C_MEMADD_SIZE_16BIT在stm32f1xx_hal_i2c.h中有定义 *pData： 需要写入的的数据的起始地址 Size： 传输数据的大小 多少个字节 Timeout： 最大读取时间，超过时间将自动退出函数 使用HAL_I2C_Mem_Write等于先使用HAL_I2C_Master_Transmit传输第一个寄存器地址，再用HAL_I2C_Master_Transmit传输写入第一个寄存器的数据。可以传输多个数据 void Single_WriteI2C(uint8_t REG_Address,uint8_t REG_data) { uint8_t TxData[2] = {REG_Address,REG_data}; while(HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,I2C1_WRITE_ADDRESS,(uint8_t*)TxData,2,1000) != HAL_OK) { if (HAL_I2C_GetError(&hi2c1) != HAL_I2C_ERROR_AF) { Error_Handler(); } } }在传输过程，寄存器地址和源数据地址是会自加的。 至于读函数也是如此，因此用HAL_I2C_Mem_Write和HAL_I2C_Mem_Read，来写读指定设备的指定寄存器数据是十分方便的，让设计过程省了好多步骤。 举例： 8位： HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000); HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);16位： HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000); HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);如果只往某个外设中写数据，则用Master_Transmit。 如果是外设里面还有子地址，例如我们的E2PROM，有设备地址，还有每个数据的寄存器存储地址。则用Mem_Write。 Mem_Write是2个地址，Master_Transmit只有从机地址 硬件IIC读取AT24C02在mian.c文件前面声明，AT24C02 写地址和读地址 ，定义写数据数组，和读数据数组 /* USER CODE BEGIN PV */ #include #define ADDR_24LCxx_Write 0xA0 #define ADDR_24LCxx_Read 0xA1 #define BufferSize 256 uint8_t WriteBuffer[BufferSize],ReadBuffer[BufferSize]; uint16_t i; /* USER CODE END PV */重新定义printf函数 在 stm32f4xx_hal.c中包含#include #include "stm32f4xx_hal.h" #include extern UART_HandleTypeDef huart1; //声明串口在 stm32f4xx_hal.c 中重写fget和fput函数 /** * 函数功能: 重定向c库函数printf到DEBUG_USARTx * 输入参数: 无 * 返 回 值: 无 * 说 明：无 */ int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff); return ch; } /** * 函数功能: 重定向c库函数getchar,scanf到DEBUG_USARTx * 输入参数: 无 * 返 回 值: 无 * 说 明：无 */ int fgetc(FILE *f) { uint8_t ch = 0; HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff); return ch; }在main.c中添加 /* USER CODE BEGIN 2 */ for(i=0; i printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n"); HAL_Delay(20); } else { HAL_Delay(20); printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test False \r\n"); } } /* // wrinte date to EEPROM 如果要一次写一个字节，写256次，用这里的代码 for(i=0;i |
芯片的寻址： AT24C设备地址为如下，前四位固定为1010，A2~A0为由管脚电平。AT24CXX EEPROM Board模块中默认为接地。所以A2~A0默认为000，最后一位表示读写操作。所以AT24Cxx的读地址为0xA1,写地址为0xA0。
操作时序：
2、读随机地址的数据 
E2PROM支持连续写操作，操作和单个字节类似，先发送设备写操作地址(DEVICE ADDRESS)，然后发送内存起始地址(WORD ADDRESS)，MCU会回应一个应答信号(ACK)后，E2PROM会继续传输下一个地址的数据，MCU不断回应应答信号可以不断读取内存的数据。E2PROM的地址指针会自动递增，数据会依次保存在内存中。不应答发送结束信号后终止传输。
点击I2C1 设置为I2C 因为我们的硬件IIC 芯片一般都是主设备，也就是一般情况设置主模式即可
因为我们需要将AT24C02中存储的数据发送到上位机上，所以需要设置下串口
我的是 外部晶振为8MHz
7创建工程文件
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