2019年08月10日 | stm32模拟iic——引脚配置、代码

我的工程里要用到iic总线扩展rom，stm32是有硬件iic的，但是，网上有很多人说这个硬件iic有漏洞，甚至于有bug。http://bbs.21ic.com/icview-184741-1-1.html http://blog.gkong.com/more.asp?name=zjcsharp&id=112878。《例说stm32》的表述是：“非常复杂，不太好用”。那么我判断这个硬件iic可能确实有不足，因此选择直接用软件模拟出iic。

在做的过程中，遇到几个问题，记录下来。

1、引脚的模式与配置

iic的两个引脚SDA与SCL都要求既能输出又能输入。这对stm32来说问题不大，由参考手册给出的图来看，引脚是始终连着IDR寄存器的，另外“输出配置”一节还特意讲到，“在开漏模式时，对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态”。所以，模式的问题很好解决。

SDA线是由不同的器件分时控制的，这就造成一个问题：当一个器件主动置高或者置低时，若另一个器件若发出相反的电平，会短路。

这就决定将引脚配置成推挽，有很多麻烦事。alientek就是这么做的，他在主机（单片机）控制SDA线时，将其SDA引脚配置成推挽输出；从机（EEPROM）控制SDA线时，将单片机的引脚配置成上拉/下拉输入，用频繁的配置切换来避免这个问题。

我觉得这么做太麻烦，stm32有一个开漏的配置，它与推挽有点像，但也不完全一样，手册里这么说：

开漏模式：输出寄存器上的’0’激活N-MOS，而输出寄存器上的’1’将端口置于高阻状态(P-MOS从不被激活)。
推挽模式：输出寄存器上的’0’激活N-MOS，而输出寄存器上的’1’将激活P-MOS。

这样一来，问题就很好解决了：当单片机的SDA引脚置低时，SDA线被拉低，当单片机的SDA引脚置高时，实际上引脚是浮空的，SDA线通过上拉电阻被VCC拉高（iic的两条线都要通过上拉电阻接到VCC，典型接法），这样就不会出现短路的状况。很巧妙。

2、逻辑与时序

逻辑与时序的问题iic相关手册，尤其是EEPROM的手册上都有详细的介绍，这里主要从编程的角度来讨论这个问题。

先附上代码：

1. void IicStart()  

2. {  

3.   

4.     SDA_H;  

5.     SCL_H;  

6.     delay_us(5);  

7.     SDA_L;  

8.     delay_us(5);  

9.     SCL_L;            //­  

10.   

11.     delay_us(2);      //  

12.     SDA_H;  

13.     delay_us(2);  

14. }  

15.   

16. void IicStop()  

17. {  

18.     SDA_L;  

19.     SCL_L;  

20.     delay_us(2);  

21.   

22.     SCL_H;  

23.     delay_us(2);  

24.     SDA_H;            //  

25.     delay_us(2);  

26.     SCL_L;               

27.       

28.     delay_us(2);        //  

29. }  

30. void IicAck()  //  

31. {  

32.     SCL_L;  

33.     SDA_L;  

34.     delay_us(5);  

35.   

36.     SCL_H;  

37.     delay_us(5);   //  

38.     SCL_L;  

39.   

40.     delay_us(2);  

41.     SDA_H;  

42.     delay_us(2);  

43. }  

44.   

45. void IicNack()  //  

46. {  

47.     SCL_L;  

48.     SDA_H;  

49.     delay_us(5);  

50.   

51.     SCL_H;  

52.     delay_us(5);   //  

53.     SCL_L;  

54.   

55.     delay_us(2);  

56.     SDA_H;  

57.     delay_us(2);  

58. }  

59. void IicWaiteAck()  

60. {     

61.     SCL_L;  

62.     SDA_H;  

63.     delay_us(5);  

64.   

65.     SCL_H;  

66.     delay_us(5);  

67.     SCL_L;  

68.   

69.     delay_us(2);  

70. }  

71. void IicSendByte(u8 temp)  

72. {  

73.     u8 i;  

74.   

75.     for(i=0;i<8;i++)  

76.     {  

77.         SCL_L;  

78.         delay_us(5);  

79.         if(temp&0x80)           //MSB在前  

80.             SDA_H;  

81.         else  

82.             SDA_L;  

83.         SCL_H;  

84.         delay_us(5);  

85.         SCL_L;  

86.         temp<<=1;  

87.     }  

88.       

89.     delay_us(2);  

90.     SDA_H;  

91.     delay_us(2);  

92.           

93. }  

94.   

95. u8 IicReceiveByte()  

96. {  

97.     u8 i,temp=0;  

98.   

99.     delay_us(2);  

100.     SDA_H;                  //  

101.     delay_us(2);             

102.   

103.     for(i=0;i<8;i++)  

104.     {  

105.         temp<<=1;  

106.         SCL_L;  

107.         delay_us(5);  

108.         SCL_H;  

109.         delay_us(2);  

110.   

111.         if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_7))  

112.             temp=temp|0x01;  

113.         else  

114.             temp=temp&0xFE;   

115.     }  

116.   

117.     SCL_L;  

118.     delay_us(2);  

119.     return temp;      

120. }  

发送8个字节：

1. IicStart();  

2. IicSendByte(0xA0);            //寻址，发送写命令  

3.     IicWaiteAck();  

4. IicSendByte(0x00);         //字节地址，24LC02里首先写入的是指针，指向0x00字节单元  

5. IicWaiteAck();  

6. for(i=0;i<8;i++)  

7. {  

8.     IicSendByte(0xa0+i);            //写完了指针就是按指针的指向写数据  

9.     IicWaiteAck();  

10. }  

11. IicStop();  

12. delay_ms(4);  

接收字节：

1. IicStart();  

2. IicSendByte(0xA0);        //寻址，发送写命令（先要写指针）            

3. IicWaiteAck();  

4. IicSendByte(0x00);       //写指针  

5. IicWaiteAck();  

6. IicStart();     //再次发出起始条件         

7. IicSendByte(0xA1);  //这次是寻址和读命令  

8. for(i=0;i<2;i++）        //24LC会根据写好的指针，将相应数据发送在SDA上  

9. {  

10.     IicAck();  

11.     *((u8 *)(&lxj)+i)=IicReceiveByte();  

12. }  

13. IicNack();  

14. IicStop();  

在发送START,ACK,NACK,STOP,发送一个字节时，以及接收ACK，接收字节时，每个函数返回，都保证SCL为低，即一个信号位结束；并且SDA为高（浮空），以保证SDA线可以被其他器件控制。

另外还要注意电平高低之间要有适当的延时。我这里微秒级的延时是为了产生有效的iic信号，这些延时是我随意加进去的，可以用，但不知道能不能减少一点；毫秒级的延时是为了等待24LC02将数据从缓冲区写入ROM，这个时间与写入的字节数无关，至少要3ms，否则出错。

24LC02每次最多写入8个字节，读出没有限制。

3、EEPROM的页

24LC02有页的概念，在写时，先写入缓冲区，缓冲区大小是一页（8字节，64位），在页写时，先写入缓冲区，待总线上出现STOP信号时，将缓冲区写到相应的ROM中。这就要求：不能跨页写。以下是网上摘录的一点，我觉得自己对这个东西的理解还不全面，网上的资料不多。

“AT24CXX系列的EEPROM为了提高写效率，提供了页写功能，内部有个一页大小的写缓冲RAM，地址范围当然就是从00到一页大小，发生写操作时，开始送入的地址对应的页被选中，并将其内容映像到缓冲RAM，数据从低端地址对应的缓冲RAM地址开始修改，超过这个地址范围就回到00，写完后，就会把开始确定的EEPROM页擦除，再把一整页RAM数据写入。所有写数据都发生在开始写地址时确定的页上。
如页容量为128，一页都是从00开始按128字节分成一个个的页，0页就是0~7F，1页就是80~FF，类推，边界就是128字节的整数倍地址。页RAM的地址范围为7位00~7F，写入时高端地址就是页号。发生写操作，开始送入的地址对应的页被锁存，后续不论写多少，都在这个页中，只是一个页内的地址进行加一，超过就归零开始。从F0开始写32个字节，那么开始送入的地址为F0，就会锁定在1号页（第2个页）上，底端7位页内部地址开始从70H开始写，到达7F时回到00再到10H，也就是写在了F0~FF，80~8F。也就是，从01开始写也只能到7F，再往80写就跑到00上去了，这就是写操作的翻卷，datasheet上都有说明。就是从边界前写两个字节也要分两次写。页是绝对的，按整页大小排列，不是从开始写入的地址开始算。
读没有页的问题，可以从任意地址开始读取任意大小数据，只是超过整个存储器容量时地址才回卷。但一次性访问的数据长度也不要太大。
所以分页的存储器要做好存储器管理，尽量同时读写的数据放在一个页上。
”

4、其他

在我这个项目里，iic是不常用的，当电网发生故障时，才做记录。所以，引脚无需长期配置在开漏输出，根据st的官方推荐，在不使用iic时，将引脚配置成浮空输入。