「STM32 」IIC通讯原理及其实验

2019-08-07 20:56发布

I2C两线式串行总线通讯协议,它是由飞利浦开发的,主要用于连接微控制器及其外围设备之间,它是由数据线SDA和信号线SCL构成的,可发送和接收数据即在MUC和I2C设备之间,I2C和I2C之间进行全双工信号传输,高速I2C总线一般可达到400kbps。一般我们也称为TWI接口。

I2C支持多主机模式:


即在这个主线上可以挂载n个I2C外设。

对于I2C协议,其实也很简单,不要想的那么复杂,其实就是电平的变换。我们可以人为的分为6个部分

整体时序图:


各状态:

  • 空闲状态


I2C总线的SCK和SDA两个线同时处于高电平的时候,规定为总线的空闲状态,这个就是由总线上的上拉电阻把电平拉高的。

  • 起始信号


当SCL为高电平期间,SDA由高电平变成低电平,即为起始信号。启动信号是一种电平跳变时序信号,不是一个电平信号。

  • 停止信号

当SCL为高电平期间,SDA由低电平变为高电平,即为停止信号。停止信号也是一种电平跳变时序信号,不是一个电平信号。

  • 应答信号


发送器每发送一个字节(8bit)数据,就在时钟脉冲(SCL)9期间释放数据线(SDA),再由接收器来反馈一个应答信号,应答信号为低电平的时候,规定为有效应答位(ACK:应答位),表明接收器已经成功的接收了该字节,应答信号为高电平时,规定为非应答位(NACK:非应答位),表示接收器没有成功的接收该字节。

对于反馈有效应答位(ACK):接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA拉低,并且保证在该时钟的高电平期间,SDA为稳定的低电平。大家主要看图,看看是不是这样的。

要是接收器是主控器,那么它收到最后一个字节后,发送一个NACK信号,以通知被控发送器结束数据的发送,并且释放SDA线,以便主控接收器发送一个停止信号。

  • 数据的有效性


时钟信号(SCL)为高电平期间,数据线上的数据必须保持稳定,只有在时钟信号(SCL)为低电平期间,数据线上的高电平或者低电平才能发生变化。

数据必须在时钟信号(SCL)的上升沿到来之前就准备好,并且在数据信号的下降沿来到之前必须稳定。

  • 数据的传输

在SDA上的每一个位的数据的传输都需要一个时钟脉冲,即在SCL串行时钟的配合下,SDA上逐位的串行发送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。

示例代码讲解

  • 初始化IIC


其实就是对两个线的初始化,我这里使用的是PA6和PA7,开始都设置为输出,中途会改变PA7的输入输出属性,在空闲状态,我们知道SCL和SDA是被拉高的,所以这个地方我们给高电平。

  • 产生IIC起始信号



将SDA线设置为输出,然后SDA和SCL都设置为高电平,延迟4us,然后将SDA拉低,延迟4us,最后将SCL拉低。这其实就是协议规定的动作了。

  • 产生IIC停止信号


同样的道理,和协议的时序保持一致就好了。

  • 等待应答信号到来


首先我们需要把SDA设置为输入,因为接收方要给发射方返回一个应答信号的。就是在SCL第9个高电平的时候,释放信号线,先拉高,然后持续等待,是不是有应答信号返回,其实就是返回一个低电平,所以我们一直在检测READ_SDA这个电平,持续一段时间,要是没有返回的话,我们认为超时了,就直接停止协议了,

  • 产生应答信号


即在第9个时钟周期内,SDA都为低电平,为应答

  • 不产生应答信号


即在第9个时钟周期内,SDA都为高电平,为不应答

  • IIC发送一个字节


发送数据,SDA设置为输出。SCL拉低,SDA准备。

做一个8次循环,拿出1byte的数据,将你发送的数据和0x80作与运算,拿出最高位,然后右移7位,将这个数据放到最低位,这个数据要是1的话,那么SDA输出一个高电平,要是与后的结果为低电平的话,那么SDA输出一个低电平。这都属于准备发送信号阶段。

然后SCL拉高,完成数据的发送,然后SCL拉低,此时SDA也就可以拉低了,接着开始次高位的传输,直到传输完成。

  • 读取数据


读取数据,SDA要设置为输入了。SCL开始为低电平,然后SCL为高电平,我们开始读SDA上的数据,然后左移数据,将读取的数据放在低位。然后检测一下有没有应答。

其实基本思路就是这样了。我把源码附上:

i2c.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}
//IO操作函数
#define IIC_SCL PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA PBout(7) //SDA
#define READ_SDA PBin(7) //输入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_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号
void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);
#endif


i2c.c

#include "myiic.h"
#include "delay.h"
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟
	 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT(); //sda线输出
	IIC_SDA=1;	 	 
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线,准备发送或接收数据 
}	 
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);							 	
}
//等待应答信号到来
//返回值:1,接收应答失败
// 0,接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN(); //SDA设置为输入 
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	 
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	 
	return 0; 
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答		 
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				 
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1,有应答
//0,无应答			 
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{ 
 u8 t; 
	SDA_OUT(); 	 
 IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
 for(t=0;t<8;t++)
 { 
 //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
		if((txd&0x80)>>7)
			IIC_SDA=1;
		else
			IIC_SDA=0;
		txd<<=1; 	 
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
 }	 
} 	 
//读1个字节,ack=1时,发送ACK,ack=0,发送nACK 
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
 for(i=0;i<8;i++ )
	{
 IIC_SCL=0; 
 delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
 receive<<=1;
 if(READ_SDA)receive++; 
		delay_us(1); 
 }					 
 if (!ack)
 IIC_NAck();//发送nACK
 else
 IIC_Ack(); //发送ACK 
 return receive;
}



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