|
文章目录
IIC总线协议介绍IIC总线结构图IIC协议IIC读写通讯过程
24C02 简介24C02读写时序图写时序图读时序
实验实现功能实验原理流程图代码IIC底层驱动代码24C02驱动代码main.c
IIC总线协议介绍
IIC: Inter Integrated Circuit，集成电路总线，是一种同步 串行 半双工通信协议
IIC总线结构图
 ①总线由数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成的串行总线，数据线用来传输数据，时钟线用来同步数据收发。 ②总线上每一个器件都有一个唯一的地址识别，所以我们只需要知道器件的地址，根据时序就可以实现微控制器与器件之间的通信。 ③数据线 SDA 和时钟线 SCL 都是双向线路，都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电压，所以当总线空闲的时候，这两条线路都是高电平。 ④总线上数据的传输速率在标准模式下可达 100kbit/s 在快速模式下可达 400kbit/s，在高速模式下可达 3.4Mbit/s。 ⑤总线支持设备连接。在使用 IIC 通信总线时，可以有多个具备 IIC 通信能力的设备挂载在上面，同时支持多个主机和多个从机，连接到总线的接口数量只由总线电容 400pF 的限制决定。
IIC协议
可以归纳为
三个信号：起始信号、停止信号、应答信号
①起始信号：当 SCL 为高电平期间，SDA 由高到低的跳变。起始信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。该信号由主机发出，在起始信号产生后，总线就处于被占用状态，准备数据传输。 ②停止信号：当 SCL 为高电平期间，SDA 由低到高的跳变。停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。该信号由主机发出，在停止信号发出后，总线就处于空闲状态。 ③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功。
两个注意：数据有效性、数据传输
④数据有效性：IIC 总线进行数据传送时，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。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。 ⑤数据传输：在 I2C 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。
一个状态：空闲状态
⑥空闲状态：IIC 总线的 SDA 和 SCL 两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。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。
IIC读写通讯过程
step1：主机首先在 IIC 总线上发送起始信号，那么这时总线上的从机都会等待接收由主机发出的数据。step2：主机接着发送从机地址+0(写操作)组成的 8bit 数据，所有从机接收到该 8bit 数据后，自行检验是否是自己的设备的地址，假如是自己的设备地址，那么从机就会发出应答信号。step3：主机在总线上接收到有应答信号后，才能继续向从机发送数据。IIC 总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。  step1：主机发出起始信号，接着发送从机地址+1(读操作)组成的 8bit 数据step2：从机接收到数据验证是否是自身的地址。 那么在验证是自己的设备地址后，从机就会发出应答信号，并向主机返回 8bit 数据，发送完之后从机就会等待主机的应答信号。step3：假如主机一直返回应答信号，那么从机可以一直发送数据，也就是图中的（n byte + 应答信号）情况，直到主机发出非应答信号，从机才会停止发送数据。
24C02 简介
24C02 是一个 2K bit 的串行 EEPROM 存储器，内部含有 256 个字节。在 24C02 里面还有一个 8 字节的页写缓冲器。该设备的通信方式 IIC，通过其 SCL 和 SDA 与其他设备通信。 单片机内部的ROM只能在程序下载时进行擦除和改写，程序运行时本身是不能改写的，单片机内部的RAM中的数据程序运行时可以修改，但掉电丢失，所以需要用到数据存在系统中且掉电不丢失时需要用到EEPROM。 
WP引脚：写保护引脚，高电平时只读，接地时允许读写。24C02设备地址：可编程部分+不可编程部分 可编程部分由A0,A1,A2决定，最后一位设置数据传输方向，即0–>写操作,1–>读操作，其具体格式为： 
24C02读写时序图
写时序图
step1：主机在IIC总线发送第1个字节的数据为设备地址0xA0，用于寻找总线上的24C02step2：在获得应答信号后，主机继续发送第2个字节的数据，为24C02的内存地址step3：在获得应答信号后，主机发送第3个字节的数据，为写入在第二字节内存地址处的数据。
上面的写操作只能单字节写入到24C02，效率低下，24C02具有页写时序如图所示。  在页写时序中，只需要告诉 24C02 第一个内存地址 1，后面数据会按照顺序写入到内存地址 2，内存地址 3等。
读时序
 24C02 读取数据的过程是一个复合的时序，其中包含写时序和读时序。
step1：起始信号后，主机向24C02发送设备地址0xA0，获取从机应答信号后，接着发送需要读取内存地址step2：起始信号产生后主机发送24C02设备地址0xA1，获取从机应答信号后，接着从机返回刚刚写入内存地址中的数据。如果主机获得数据后返回的是应答信号，那么会一直获取从机返回的数据，当主机返回非应答信号时，从机结束传输
实验
实现功能
每按下 KEY1，MCU 通过 IIC 总线向 24C02 写入数据，通过按下 KEY0 来控制 24C02 读取数据。同时在 LCD 上面显示相关信息。LED0 闪烁用于提示程序正在运行。
实验原理
24C02 的 SCL 和 SDA 分别连接在 STM32 的 PB8 和 PB9 上。本实验通过软件模拟 IIC 信号建立起与 24C02 的通信，进行数据发送与接收，使用按键 KEY0 和 KEY1 去触发，LCD 屏幕进行显示。 用软件模拟 IIC，最大的好处就是方便移植，同一个代码兼容所有 MCU，任何一个单片机只要有 IO 口，就可以很快的移植过去，而且不需要特定的 IO 口。 
流程图
代码
IIC底层驱动代码
myiic.h
#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */
#define IIC_SCL_GPIO_PORT GPIOB
#define IIC_SCL_GPIO_PIN GPIO_PIN_8
#define IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */
#define IIC_SDA_GPIO_PORT GPIOB
#define IIC_SDA_GPIO_PIN GPIO_PIN_9
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */
/******************************************************************************************/
/* IO操作 */
#define IIC_SCL(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* SCL */
#define IIC_SDA(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* SDA */
#define IIC_READ_SDA HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN) /* 读取SDA */
/* IIC所有操作函数 */
void iic_init(void); /* 初始化IIC的IO口 */
void iic_start(void); /* 发送IIC开始信号 */
void iic_stop(void); /* 发送IIC停止信号 */
void iic_ack(void); /* IIC发送ACK信号 */
void iic_nack(void); /* IIC不发送ACK信号 */
uint8_t iic_wait_ack(void); /* IIC等待ACK信号 */
void iic_send_byte(uint8_t txd);/* IIC发送一个字节 */
uint8_t iic_read_byte(unsigned char ack);/* IIC读取一个字节 */
#endif
myiic.c ①初始化IIC SDA开漏模式，不用规定IO方向，也可以读取外部信号的高低电平。
void iic_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SCL引脚时钟使能 */
IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SDA引脚时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; /* 快速 */
HAL_GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);/* SCL */
gpio_init_struct.Pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; /* 开漏输出 */
HAL_GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);/* SDA */
/* SDA引脚模式设置,开漏输出,上拉, 这样就不用再设置IO方向了, 开漏输出的时候(=1), 也可以读取外部信号的高低电平 */
iic_stop(); /* 停止总线上所有设备 */
}
②IIC延时函数用于控制IIC读写速度
static void iic_delay(void)
{
delay_us(2); /* 2us的延时, 读写速度在250Khz以内 */
}
③起始信号
void iic_start(void)
{
IIC_SDA(1);
IIC_SCL(1);
iic_delay();
IIC_SDA(0); /* START信号: 当SCL为高时, SDA从高变成低, 表示起始信号 */
iic_delay();
IIC_SCL(0); /* 钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
iic_delay();
}
④停止信号
void iic_stop(void)
{
IIC_SDA(0); /* STOP信号: 当SCL为高时, SDA从低变成高, 表示停止信号 */
iic_delay();
IIC_SCL(1);
iic_delay();
IIC_SDA(1); /* 发送I2C总线结束信号 */
iic_delay();
}
 ⑤发送函数 将需要发送的数据作为形参，形参大小位1字节，在IIC中一个时钟信号发送1bit，故该函数需要循环8次，模拟8个时钟信号。 
void iic_send_byte(uint8_t data)
{
uint8_t t;
for (t = 0; t > 7); /* 高位先发送 */
iic_delay();
IIC_SCL(1);
iic_delay();
IIC_SCL(0);
data 8)> 8); /* 发送高字节地址 */
}
else
{
iic_send_byte(0xA0 + ((addr >> 8) > 8); /* 发送高字节地址 */
}
else
{
iic_send_byte(0xA0 + ((addr >> 8) |