2021年02月23日 | STM32F4之模拟I2C通信协议的实现

一，何为IIC？

I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit),两线式串行总线,由PHILIPS公司开发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。

IIC是半双工通信方式。

二，IIC通信的6种状态

1.空闲状态

2.开始信号

3.停止信号

4.应答信号

5.数据的有效性

6.数据传输

三.用代码实现I2C协议的模拟

1.空闲状态：当SDA以及SCL两条总线都处于高电平状态时，处于空闲状态

void IIC_init()

{

    //声明一个GPIO的结构体变量

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

//使能GPIO外设时钟

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);

//定义该GPIO结构体

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8 |GPIO_Pin_9; //两个GPIO

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;         //输出模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;    //100MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP; //上拉

//初始化GPIOB

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

//初始化I2C总线，使之成为空闲状态

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=1;

}

2.开始状态：当SCL为高电平时，SDA从高电平到低电平进行跳变，然后SCL跳变为低电平，时刻装备接收数据

按照上图实现如下代码 ：（注意：SDA有输入，输出两种状态）

void IIC_start()

{

//将SDA的IO设置为输出状态 

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

IIC_SCL=1;

delay_us(4);

IIC_SDA=0;

delay_us(4);

IIC_SCL=0;    //拉低数据总线，时刻准备接收数据

}

按照上图实现如下代码 ：（注意：SDA有输入，输出两种状态）

void IIC_start()

{

//将SDA的IO设置为输出状态 

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

IIC_SCL=1;

delay_us(4);

IIC_SDA=0;

delay_us(4);

IIC_SCL=0;    //拉低数据总线，时刻准备接收数据

}

按照上图实现代码如下 ：（在SCL为高电平时，SDA进行跳变）

//产生停止信号

void IIC_stop()

{

//数据输出

SDA_OUT();

IIC_SCL=0;

IIC_SDA=0;

delay_us(4);

IIC_SCL=1;     //按照上图，在SCL为高电平时，SDA进行跳变

IIC_SDA=1;

delay_us(4);

}

4.应答信号：

当发送器每发送一个字节，就会在第9周期释放数据总线（即SDA为高电平），等待接收器发送一个应答信号

该应答信号：（接收应答信号时，SDA需改变为输入状态）

当读到来自接收器的低电平，表明已经接收设备已经接收到数据。

当读到来自接收器的低电平，表明接收设备未能正常接收数据。

因此我们应该实现，应答信号，非应答信号，等待应答信号三个函数，以下为应答信号的实现

根据上图以及数据的有效性（在SCL信号由低到高，再由高到低的过程中，高电平保持期间，SDA保持不变，SDA即发送的数据），可以写出以下代码：

//产生应答信号

void IIC_ack()

{

IIC_SCL=0;  

SDA_OUT();

IIC_SDA=0;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

5.非应答信号

上图中的not acknowledge 就是非应答信号。

根据上图以及数据的有效性（在SCL信号由低到高，再由高到低的过程中，高电平保持期间，SDA保持不变，SDA即发送的数据），可以写出以下代码：

//产生非应答信号

void IIC_nack()

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

6.等待应答的信号

在SCL的有效周期期间，读到SDA线上的数据

//将数据总线进行释放

//SDA为输入模式，进行应答信号的读取

//返回值: 1,无应答

//       0,有应答

u8 IIC_Wait_Ack()

{

u8 ucErrTime=0;

//SDA输入模式设置

SDA_IN();

IIC_SDA=1;

delay_us(1);

IIC_SCL=1;    

delay_us(1);

while(READ_SDA)//应答信号的读取

{

ucErrTime++;

if(ucErrTime>250)

{

IIC_stop();

return 1;

}

}

IIC_SCL=0;

return 0;

}

7.数据的接收

在SCL有效周期内对数据进行接收（SCL=0  --->   SCL=1  读SDA    --->SCL=0  形成数据的有效性）

（注意：receive需将其初始化为0，否则会出现数据传输错误，因为局部变量的值为脏值，在栈上的值）

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

u8 receive=0,t;

SDA_IN();

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

{

IIC_SCL=0;      //SCL=0  -> SCL=1 读SDA ->SCL=0  形成数据的有效性

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

receive<<=1;    //接收一位数据为0

if(READ_SDA)

{

receive++;  //接收一位数据为1

}

delay_us(1);

}

if(!ack)

{

IIC_nack();

}else

{

IIC_ack();

}

return receive;

}

8.数据的发送（SCL=0  --->   SCL=1  发送SDA    --->SCL=0  形成数据的有效性）

void IIC_Send_Byte(u8 txd)

{

  u8 t;

  SDA_OUT();

IIC_SCL=0;

  for(t=0;t<8;t++)

{

IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;//将最高位的数据进行输出

txd<<=1; //将最高位的数据溢出，准备发送次高位的数据

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

delay_us(2);

}

}

以上为I2C通信协议的实现（部分代码未给出），后续文章为I2C协议的使用