[原创] 【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第二十七章 IIC实验

正点原子   2013-3-15 21:40 楼主
第二十七章 IIC实验
本章我们将向大家介绍如何使用STM32的普通IO口模拟IIC时序,并实现和24C02之间的双向通信。在本章中,我们将使用STM32的普通IO口模拟IIC时序,来实现24C02的读写,并将结果显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分:
27.1 IIC简介
27.2 硬件设计
27.3 软件设计
27.4 下载验证

27.1 IIC简介
IIC(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由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。它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。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。
I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号:SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。
结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。
应答信号:接收数据的IC在接收到8bit数据后,向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,由判断为受控单元出现故障。
这些信号中,起始信号是必需的,结束信号和应答信号,都可以不要。IIC总线时序图如图27.1..1所示:


图27.1.1 IIC总线时序图
ALIENTEK战舰STM32开发板板载的EEPROM芯片型号为24C02。该芯片的总容量是256个字节,该芯片通过IIC总线与外部连接,我们本章就通过STM32来实现24C02的读写。
目前大部分MCU都带有IIC总线接口,STM32也不例外。但是这里我们不使用STM32的硬件IIC来读写24C02,而是通过软件模拟。STM32的硬件IIC非常复杂,更重要的是不稳定,故不推荐使用。所以我们这里就通过模拟来实现了。有兴趣的读者可以研究一下STM32的硬件IIC。
本章实验功能简介:开机的时候先检测24C02是否存在,然后在主循环里面检测两个按键,其中1个按键(WK_UP)用来执行写入24C02的操作,另外一个按键(KEY1)用来执行读出操作,在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。

27.2 硬件设计
本章需要用到的硬件资源有:
1)  指示灯DS0
2)  WK_UP和KEY1按键
3)  串口(USMART使用)
4) TFTLCD模块
5) 24C02

前面4部分的资源,我们前面已经介绍了,请大家参考相关章节。这里只介绍24C02与STM32的连接,24C02的SCL和SDA分别连在STM32的PB10和PB11上的,连接关系如图27.2.1所示:

图27.2.1 STM32与24C02连接图
27.3 软件设计
打开上一章的工程,首先在HARDWARE文件夹下新建一个24CXX的文件夹。然后新建一个24cxx.c、myiic.c的文件和24cxx.h、myiic.h的头文件,保存在24CXX文件夹下,并将24CXX文件夹加入头文件包含路径。
打开myiic.c文件,输入如下代码:
#include "myiic.h"
#include "delay.h"
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{                                    
      RCC->APB2ENR|=1<<3;            //先使能外设IO PORTB时钟                    
       GPIOB->CRH&=0XFFFF00FF;   //PB1/11 推挽输出
       GPIOB->CRH|=0X00003300;        
       GPIOB->ODR|=3<<10;           //PB10,11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;
       txd<<=1;         
              delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
              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;
}
该部分为IIC驱动代码,实现包括IIC的初始化(IO口)、IIC开始、IIC结束、ACK、IIC读写等功能,在其他函数里面,只需要调用相关的IIC函数就可以和外部IIC器件通信了,这里并不局限于24C02,该段代码可以用在任何IIC设备上。
保存该部分代码,把myiic.c加入到HARDWARE组下面,然后在myiic.h里面输入如下代码:
#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"                  
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=8<<12;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=3<<12;}
//IO操作函数
#define IIC_SCL       PBout(10)      //SCL
#define IIC_SDA      PBout(11)      //SDA   
#define READ_SDA         PBin(11)       //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
该部分代码的SDA_IN()和SDA_OUT()分别用于设置IIC_SDA接口为输入和输出,如果这两句代码看不懂,请好好温习下IO口的使用。接下来我们在24cxx.c文件里面输入如下代码:
#include "24cxx.h"
#include "delay.h"                                                                        
//初始化IIC接口
void AT24CXX_Init(void)
{
       IIC_Init();
}
//在AT24CXX指定地址读出一个数据
//ReadAddr:开始读数的地址
//返回值 :读到的数据
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{                           
       u8 temp=0;                                                                                                            
   IIC_Start();
       if(EE_TYPE>AT24C16)
       {
              IIC_Send_Byte(0XA0);    //发送写命令
              IIC_Wait_Ack();
              IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址        
       }else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));  //发送器件地址0XA0,写数据           
       IIC_Wait_Ack();
   IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   //发送低地址
       IIC_Wait_Ack();      
       IIC_Start();           
       IIC_Send_Byte(0XA1);           //进入接收模式                 
       IIC_Wait_Ack();   
   temp=IIC_Read_Byte(0);               
   IIC_Stop();//产生一个停止条件      
       return temp;
}
//在AT24CXX指定地址写入一个数据
//WriteAddr :写入数据的目的地址   
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{                                                                                                                                                         
   IIC_Start();
       if(EE_TYPE>AT24C16)
       {
              IIC_Send_Byte(0XA0);     //发送写命令
              IIC_Wait_Ack();
              IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址      
       }else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据         
       IIC_Wait_Ack();      
   IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送低地址
       IIC_Wait_Ack();                                                                                       
       IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节                                             
       IIC_Wait_Ack();                        
   IIC_Stop();//产生一个停止条件
       delay_ms(10);
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据
//该函数用于写入16bit或者32bit的数据.
//WriteAddr :开始写入的地址
//DataToWrite:数据数组首地址
//Len       :要写入数据的长度2,4
void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len)
{   
       u8 t;
       for(t=0;t
       {
              AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff);
       }                                                                                    
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据
//该函数用于读出16bit或者32bit的数据.
//ReadAddr  :开始读出的地址
//返回值     :数据
//Len       :要读出数据的长度2,4
u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len)
{   
       u8 t;
       u32 temp=0;
       for(t=0;t
       {
              temp<<=8;
              temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1);                                   
       }
       return temp;                                                                                    
}
//检查AT24CXX是否正常
//这里用了24XX的最后一个地址(255)来存储标志字.
//如果用其他24C系列,这个地址要修改
//返回1:检测失败
//返回0:检测成功
u8 AT24CXX_Check(void)
{
       u8 temp;
       temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX                     
       if(temp==0X55)return 0;               
       else//排除第一次初始化的情况
       {
              AT24CXX_WriteOneByte(255,0X55);
           temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);   
              if(temp==0X55)return 0;
       }
       return 1;                                                                        
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据
//ReadAddr :开始读出的地址 对24c02为0~255
//pBuffer  :数据数组首地址
//NumToRead:要读出数据的个数
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)
{
       while(NumToRead)
       {
              *pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);
              NumToRead--;
       }
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据
//WriteAddr :开始写入的地址 对24c02为0~255
//pBuffer  :数据数组首地址
//NumToWrite:要写入数据的个数
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
       while(NumToWrite--)
       {
              AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);
              WriteAddr++;
              pBuffer++;
       }
}
这部分代码理论上是可以支持24Cxx所有系列的芯片的(地址引脚必须都设置为0),但是我们测试只测试了24C02,其他器件有待测试。大家也可以验证一下,24CXX的型号定义在24cxx.h文件里面,通过EE_TYPE设置。
保存该部分代码,把24cxx.c加入到HARDWARE组下面,然后在24cxx.h里面输入如下代码:
#ifndef __24CXX_H
#define __24CXX_H
#include "myiic.h"  
#define AT24C01           127
#define AT24C02           255
#define AT24C04           511
#define AT24C08           1023
#define AT24C16           2047
#define AT24C32           4095
#define AT24C64        8191
#define AT24C128  16383
#define AT24C256  32767
//Mini STM32开发板使用的是24c02,所以定义EE_TYPE为AT24C02
#define EE_TYPE AT24C02

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr);                           //指定地址读取一个字节
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite);//指定地址写入一个字节
void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len);
//指定地址开始写入指定长度的数据
u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len); //指定地址开始读取指定长度数据
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite);     
//从指定地址开始写入指定长度的数据
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead);     
//从指定地址开始读出指定长度的数据
u8 AT24CXX_Check(void); //检查器件
void AT24CXX_Init(void);   //初始化IIC
#endif
最后,我们在main函数里面编写应用代码,在test.c里面,修改main函数如下:
//要写入到24c02的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"WarShipSTM32 IIC TEST"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)     
int main(void)
{           
       u8 key;
       u16 i=0;
       u8 datatemp[SIZE];
      Stm32_Clock_Init(9);           //系统时钟设置
       uart_init(72,9600);             //串口初始化为9600
       delay_init(72);                         //延时初始化
       LED_Init();                       //初始化与LED连接的硬件接口
      LCD_Init();                      //初始化LCD
       usmart_dev.init(72);             //初始化USMART      
       KEY_Init();                         //按键初始化            
       AT24CXX_Init();                 //IIC初始化
      POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
       LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");   
       LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"IIC TEST");      
       LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
       LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/9");      
       LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WKUP:Write  KEY1:Read"); //显示提示信息                   while(AT24CXX_Check())//检测不到24c02
       {
              LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"24C02 Check Failed!");
              delay_ms(500);
              LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"Please Check!      ");
              delay_ms(500);
              LED0=!LED0;//DS0闪烁
       }
       LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"24C02 Ready!");
      POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色  
       while(1)
       {
              key=KEY_Scan(0);
              if(key==KEY_UP)//KEY_UP按下,写入24C02
              {
                     LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏   
                    LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Write 24C02....");
                     AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);
                     LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"24C02 Write Finished!");//提示传送完成
              }
              if(key==KEY_DOWN)//KEY_DOWN按下,读取字符串并显示
              {
                    LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Read 24C02.... ");
                     AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);
                     LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"The Data Readed Is:  ");//提示传送完成
                     LCD_ShowString(60,190,200,16,16,datatemp);//显示读到的字符串
              }
              i++;
              delay_ms(10);
              if(i==20)
              {
                     LED0=!LED0;//提示系统正在运行   
                     i=0;
              }              
       }
}
该段代码,我们通过KEY_UP(WK_UP)按键来控制24C02的写入,通过另外一个按键KEY1(KEY_DOWN)来控制24C02的读取。并在LCD模块上面显示相关信息。
至此,我们的软件设计部分就结束了。
27.4 下载验证
在代码编译成功之后,我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上,通过先按WK_UP按键写入数据,然后按KEY1读取数据,得到如图27.4.1所示:

图27.4.1 IIC实验程序运行效果图
同时DS0会不停的闪烁,提示程序正在运行。程序在开机的时候会检测24C02是否存在,如果不存在则会在TFTLCD模块上显示错误信息,同时DS0慢闪。读者可以通过跳线帽把PB10和PB11短接就可以看到报错了。
我们通过在USMART里面加入AT24CXX_WriteOneByte和AT24CXX_ReadOneByte函数,就可以通过USMART读取和写入24C02的任何地址了。如图27.4.2所示:


图27.4.2 USMART控制24C02读写


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[ 本帖最后由 正点原子 于 2013-3-15 21:42 编辑 ]
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回复评论 (1)

很详细,楼主一直都在坚持。
点赞  2013-3-16 11:13
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