2019年08月09日 | STM32中I2C协议时序和使用

作为使用目前嵌入式设备使用最多的协议之一，I2C和SPI都是要研究透的。在我使用的开发板上，SPI协议集成了，只需要使用3个GPIO引脚即可。但I2C协议没有集成，还得自己写I2C的时序驱动，I2C的时序图大家可以百度到，专门的协议文档也有。关于时序图我会贴到博客里。

1. I2C串行总线的组成与工作原理

a. 组成：2根双向信息线，一根数据线SDA，一根时钟线SCL

b. I2C总线上多个器件的挂接(注意，每个器件都有唯一的地址)

c. 数据的通讯方式

主从方式。主机负责主动联系从机，从机被动回应主机(上图里I2C设备都是从机)

2. 工作方式：I2C总线通过上拉电阻接正电源，当总线空闲时，2根线均为高电平，各期件的SDA及SCL都是“线与”关系[单一器件输出低电平，整条总线的信号都拉低，I2C总线上的器件都可以读取到，主从机通讯就是这种机制]

       3. 数据位的有效性规定(规定就是没有理由)

SCL处于高电平期间，这时对数据进行操作，数据线上的数据必须保持稳定。只有SCL处于低电平期间，SDA状态才能变化

       4. I2C字节的传送与应答

每一位字节必须保持8位长度。数据传送时，先传送最高位MSB, 每一个被传送的字节最后必须跟随一个应答位（及一帧9位，应答位要用于说明一个字节已经传完，I2C总线重新置空闲态）

）

5. 时序协议的驱动的理解要逻辑性良好（这点是对各个应答信号时序的理解与编程）

 4个基本时序信号：起始信号， 终止信号， 应答“0”，  应答“1”。（注意，一定要严格按照时序图来编写程序，延时也有严格的要求）

void I2C_Start()     /*起始信号*/

{

I2C_SDA_OUT();   /*先SDA输出模式，主机MCU负责主动联系从机，所以MCU是输出*/

I2C_SDA_H;

I2C_SCL_H;

delay_us(5);

I2C_SDA_L;

delay_us(6);

I2C_SCL_L;

}

void I2C_Stop()    /*终止信号*/

{

I2C_SDA_OUT();   /*先SDA输出模式，同理主机也负责切断与从机的通讯*/

I2C_SCL_L;

I2C_SDA_L;

I2C_SCL_H;

delay_us(6);

I2C_SDA_H;

delay_us(6);

}  

void I2C_Ack()   /*主机应答*/

{

I2C_SCL_L;

I2C_SDA_OUT();   /*SDA输出，主机应答函数，从机器件自然内置相应的应答函数*/

I2C_SDA_L;

delay_us(2);

I2C_SCL_H;

delay_us(5);

I2C_SCL_L;          /*SDA在“0”时，SCL保持高电平则作为读状态*/

}

void I2C_NAck()   /*主机非应答*/

{

I2C_SCL_L;

 I2C_SDA_OUT();  /*SDA输出*/

I2C_SDA_H;

delay_us(2);

I2C_SCL_H;

delay_us(5);

I2C_SCL_L;          /*同理*/

}

这是这上面的几个基础时序程序。要使用I2C协议收，发数据还要研究

6. I2C写数据，读数据驱动

由图可知，发送的数据（地址和有效数据）不是只使用高低电平就可以的，2个字节的间隔区分，主从机是否接受到，数据的正确与否。。。都要求要有起始信号，终止信号，应答，还有检测应答函数。 所以主机也要写检测应答函数（从机集成了不用关心，即使你想了解也和主机的检测应答函数一样，只是它转成从机了）

u8 I2C_Wait_ACK()       /*主机应答函数，检测从机应答的*/

{

u8 tempTime=0;

I2C_SDA_IN();

I2C_SDA_H;

delay_us(1);

I2C_SCL_H;

delay_us(1);

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2C_SDA))    /*GPIO_ReadInputBit读取GPIO_I2C：I2C_SDA的状态*/

{

tempTime++;

if(tempTime>250)

{

I2C_Stop();

return 1;

} 

}

I2C_SCL_L;

return 0;

}                                                                       //前期主机释放SDA, SCL总线

void I2C_Send_Byte(u8 txd)     /*发送一个字节的数据: txd*/·

{

u8 i=0;

I2C_SDA_OUT();     //SDA

I2C_SCL_L;

for(i=0;i<8;i++)

{

if((txd&0x80)>0)    /*这里的发送与0，1电平的发送没什么区别。SCL高电平保持一段时间，SDA则传到从机哪里了*/

{

I2C_SDA_H;

}

else

{

I2C_SDA_L;

}

txd<<=1;          

I2C_SCL_H;

delay_us(2);

I2C_SCL_L;

delay_us(2);

}

}

u8  I2C_Read_Byte(u8 ack)    /*读取一个字节的数据*/

{

u8 i=0,receive=0;

I2C_SDA_IN();       //SDA

for(i=0;i<8;i++)

{

I2C_SCL_L;

delay_us(2);

I2C_SCL_H;

receive<<=1;   

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2C_SDA))   //¶ÁÈ¡I/O״̬µÄº¯Êý

{

receive++;   

}

delay_us(1);

}

if(ack==0)    //ackΪ0´ú±í·ÇÓ¦´ð

{

I2C_NAck();

}

else

{

I2C_Ack();

}

return receive;

} 

这里使用并没有用到主机向从机读写数据的具体用法。下面贴代码AT24C02的使用，这个就是典型的I2C芯片

I2C.c文件

#include "I2C.h" 

void I2C_init()     

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;        

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

/* GPIOµÄÅäÖà */

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL|I2C_SDA;                

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;        

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);      

I2C_SCL_H;       

I2C_SDA_H;

}

void I2C_SDA_OUT()   

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;      

 /* GPIOµÄÅäÖà */

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;      

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SDA;              

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;      

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);   

}

void I2C_SDA_IN()    

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;        

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SDA;                 //Ö»ÅäÖÃSDA¹Ü½Å£¬SCLÊÇͬ²½Ïß

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;       //ÅäÖÃģʽ(ÊäÈëÉÏÀ­)

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);      //µ÷ÓÃGPIO³õʼ»¯ÅäÖú¯Êý

}

/** GPIOÓëI/O²»Í¬¾ÍÊÇÒªÅäÖÃģʽ£¬ËùÒÔI/O²»ÊÇËæ±ãÓà **/

/********************    ¸÷ÖÖÓ¦´ðº¯Êý    **********************************/

void I2C_Start()     

{

I2C_SDA_OUT();   

I2C_SDA_H;

I2C_SCL_H;

delay_us(5);

I2C_SDA_L;

 delay_us(6);

I2C_SCL_L;

}

void I2C_Stop()    

{

I2C_SDA_OUT();  

I2C_SCL_L;

I2C_SDA_L;

I2C_SCL_H;

delay_us(6);

I2C_SDA_H;

 delay_us(6);

}

void I2C_Ack()  

{

I2C_SCL_L;

 I2C_SDA_OUT();  

I2C_SDA_L;

delay_us(2);

I2C_SCL_H;

delay_us(5);

I2C_SCL_L;          

}

void I2C_NAck()  

{

I2C_SCL_L;

 I2C_SDA_OUT(); 

I2C_SDA_H;

delay_us(2);

I2C_SCL_H;

delay_us(5);

I2C_SCL_L;         

}

u8 I2C_Wait_ACK()       

{

u8 tempTime=0;

I2C_SDA_IN();

I2C_SDA_H;

delay_us(1);

I2C_SCL_H;

delay_us(1);     

while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2C_SDA))  

{

tempTime++;

if(tempTime>250)          

{

I2C_Stop();

return 1;

} 

}

I2C_SCL_L;

return 0;

}

void I2C_Send_Byte(u8 txd)     

{

u8 i=0;

I2C_SDA_OUT();  

I2C_SCL_L;

for(i=0;i<8;i++)

{

if((txd&0x80)>0)  

{

I2C_SDA_H;

}

else

{

I2C_SDA_L;

}

txd<<=1;         

I2C_SCL_H;

delay_us(2);

I2C_SCL_L;

delay_us(2);

}

}

u8 I2C_Read_Byte(u8 ack)    {

u8 i=0,receive=0;

I2C_SDA_IN();     

for(i=0;i<8;i++)

{

I2C_SCL_L;

delay_us(2);

I2C_SCL_H;      

receive<<=1;   //7´Î

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_I2C,I2C_SDA))  

{

receive++;   

}

delay_us(1);

}

if(ack==0)    //ackΪ0´ú±í·ÇÓ¦´ð

{

I2C_NAck();

}

else

{

I2C_Ack();

}

return receive;

}

AT24Cxx.c文件

#include  "AT24Cxx.h"

//¼Çס£¬AT24CxxҪʹÓõ½I2C¡£ËùÒÔÒªÔÚÆäAT24Cxx.hÖÐÒýÈëI2C.h

u8 AT24Cxx_ReadOneByte(u16 addr)       //¶ÁÒ»¸ö×Ö½Ú¡£ ´ÓÄĸöµØÖ·¿ªÊ¼¶ÁÊý¾Ý

{

u8 temp;

I2C_Start(); 

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

I2C_Send_Byte(0xa0);

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr>>8);       //·¢ËÍÊý¾ÝµØÖ·¸ßλ

}

else

{

I2C_Send_Byte(0xa0+((addr/256)<<1));    //Æ÷¼þµØÖ·+Êý¾ÝµØÖ·

}

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr%256);   //Ë«×Ö½ÚÊǶÁÈ¡µØÖ·µÍλ

I2C_Wait_ACK();

I2C_Start();    //ÆðʼÐźÅ

I2C_Send_Byte(0xa1);     //´Ó»úµØÖ·+1

I2C_Wait_ACK();

temp=I2C_Read_Byte(0);    //0´ú±í·ÇÓ¦´ð£¬1´ú±íÓ¦´ð

I2C_NAck();

I2C_Stop();

return temp;

}

void AT24Cxx_WriteOneByte(u16 addr,u8 dt)      //дһ¸ö×Ö½Ú

{

 I2C_Start(); 

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

I2C_Send_Byte(0xa0);

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr>>8);       //Æ÷¼þµØÖ·£¬AT24C16ÒÔÉÏÇ°8λ»áÌîÂú

}

else

{

I2C_Send_Byte(0xa0+((addr/256)<<1));    //Æ÷¼þµØÖ·+Êý¾ÝµØÖ·

}

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr%256);   //¶ÁÈ¡µØÖ·

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(dt);

I2C_Wait_ACK();

I2C_Stop();

delay_ms(10); 

}

u16 AT24Cxx_ReadTwoByte(u16 addr)       //¶Á2¸ö×Ö½Ú¡£ ´ÓÄĸöµØÖ·¿ªÊ¼¶ÁÊý¾Ý

{

u16 temp=0;

I2C_Start(); 

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

I2C_Send_Byte(0xa0);

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr>>8);       //Æ÷¼þµØÖ·£¬AT24C16ÒÔÉÏÇ°8λ»áÌîÂú

}

else

{

I2C_Send_Byte(0xa0+((addr/256)<<1));    //Æ÷¼þµØÖ·+Êý¾ÝµØÖ·

}

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr%256);   //¶ÁÈ¡µØÖ·

I2C_Wait_ACK();

I2C_Start();    //ÆðʼÐźÅ

I2C_Send_Byte(0xa1);     //´Ó»úµØÖ·+1

I2C_Wait_ACK();

temp=I2C_Read_Byte(1);    //0´ú±í·ÇÓ¦´ð£¬1´ú±íÓ¦´ð

temp<<=8;

temp|=I2C_Read_Byte(0);    //0´ú±í·ÇÓ¦´ð£¬1´ú±íÓ¦´ð.¶ÁÁË2¸ö×Ö½Ú£¬²»ÓÃÓ¦´ðÁË

I2C_Stop();

return temp;

}

void AT24Cxx_WriteTwoByte(u16 addr,u16 dt)      //д2¸ö×Ö½Ú

{

 I2C_Start(); 

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

I2C_Send_Byte(0xa0);

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr>>8);       //Æ÷¼þµØÖ·£¬AT24C16ÒÔÉÏÇ°8λ»áÌîÂú

}

else

{

I2C_Send_Byte(0xa0+((addr/256)<<1));    //Æ÷¼þµØÖ·+Êý¾ÝµØÖ·

}

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(addr%256);   //¶ÁÈ¡µØÖ·

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(dt>>8);    //ÏÈд¸ß×Ö½Ú

I2C_Wait_ACK();

I2C_Send_Byte(dt&0xff);    //ÏÈдµÍ×Ö½Ú

I2C_Wait_ACK();

I2C_Stop();

delay_ms(10); 

}

main.c文件

#include "public.h"

#include "Systick.h"

#include "AT24Cxx.h"

#include "printf.h" 

int main()

{

u16 wdata=16;

u16 value=0;

printf_init();    //³õʼ»¯

 I2C_init();

 delay_ms(1);      //I2CÒª½øÐÐÉϵ磬עÒâ¿´ÊֲᣬÓÐÎÊÌâÒ²¿ÉÒÔ¿´¿´

AT24Cxx_WriteOneByte(0,wdata);

printf("%d ",wdata);

value=(AT24Cxx_ReadOneByte(0)+1);       //µ«Êµ¼Ê³öÏÖµÄÎÊÌâÊÇ255+1Õâ¸öÖµ¡£½©Ó²

    printf("%d ",value); 

 while(1);

}