STM32-(19)：I2C通信（理论基础）

I2C BUS是Philips公司推出的一种基于两线的芯片间串行传输总线。I2C总线采用了器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法，从而使硬件系统具有最简单而灵活的扩展方法。

I2C总线在标准模式下，数据传输率可达100kbps，高速模式下可达400kbps。目前 I2C 总线被广泛应用于消费了电子产品、通信产品、仪器仪表及工业测控系统中。

在I2C总线上只需要串行数据SDA线和串行时钟线SCL线两条线。

每个器件都有一个唯一的地址以供识别，并工作在主模式或者从模式下，而且各器件都可以作为一个发送器或接收器。

微控制器包含的I2C 发送/接收器都可以选择作为主模式( Master )或从模式( Slave )工 作。但任一时刻 I2C 总线上只允许一个微控制器工作在主模式下，作为主控器；而另一个微控制器必须工作在从模式下，作为被控器。

注：作为主模式，必须内部有时钟，以产生波特率，任何时候只有两个之间进行通信。

I2C总线的特点

1.二线传输
2.无中心主机
3.软件寻址
4.应答式数据传输过程（好处：保证传输过程中数据的稳定和可靠）
5.节点可带电接入或撤出（大概是热插拔的意思）

I2C数据传输

传输的第一个8位数据为寻址字节，包括7位的被控器地址和1位方向位，接着被控器发出A (应答位），紧接着的是主控器与被控器之间数据传输和应答。在数据传输完成后，主控器要发出停止信号。

数据传输格式如图：

分析：在总线上，SCL和SDA是开漏输出，会接上拉电阻，所以空闲的时候是高电平（即开始信号之前），在SCL处于高电平器件，发现SDA的电平由高到低跳变，即产生开始信号；在SCL处于高电平器件，发现SDA的电平由低到高跳变，即产生停止信号；这中间，SCL电平会变化，一般来说，SCL产生上升沿，发送方发送数据，接收方接收数据，SCL产生下降沿时，发送方开始修改SDA上的数据。第9位为应答位，发送方会将SDA总线线释放，由接收方产生应答，SDA总线默认是高电平，若接收方有应答，会强制拉低电平，表示有应答，即应答位低电平有效。

STM32的I2C模块

介绍：
I2C总线接口连接微控制器和串行I2C总线。它提供多主机功能，控制所有I2C总线特定的时序、协议、仲裁和定时。支持标准和快速两种模式，同时与SMBUS2.0兼容。

I2C总线有多种用途，包括CRC码的生成和校验、MBus(System Management Bus)、PMBus(Power Management Bus)。

根据特定设备的需要，可以使用DMA以减轻CPU的负担。

特点：
1、 I2C主设备功能
一产生时钟
一产生起始和停止信号
2、 I2C从设备功能
一可编程的丨2C地址检测
一可响应2个从地址的双地址能力
一停止位检测
3、 状态标志：
一发送器/接收器模式标志
一字节发送结束标志
一 I2C总线忙标志
4、 错误标志
一主模式时的仲裁丢失
一地址/数据传输后的应答(ACK)错误
—检测到起始和停止错位
一禁止拉长时钟功能后的上溢或下溢

I2C接口可以下述4种模式中的一种运行

• 从发送器模式

• 从接收器模式

• 主发送器模式

• 主接收器模式

默认模式为从模式。接口在生成起始条件后自动从从模式切换到主模式；当仲裁丢失或产生停止信号，则从主模式切换到从模式。


分析：数据往DR寄存器内丢，也可以从DR寄存器读取，当发生一些错误的时候，访问状态寄存器，根据不同的状态在软件中进行不同的操作。
注：DR寄存器实际上有两个，一个用于发送，一个用于接收，物理上是分开的，不会互相干扰。

比较重要的寄存器简介：

I2C_SR1

位7：判断寄存器是否为空，当寄存器为空时，才能继续发送。若不为空，说明DR寄存器内数据还没发完，需要继续等待。

主模式下的发送流程：

分析：
①首先发送一个S位，起始条件。然后会出现一个事件EV5，若发送成功，SB位置1，然后读SR1寄存器的这个位，当这个SB位为1时再将SR1寄存器的地址写入DR寄存器就会清除因该位置1而产生的事件。
②发送一个8位的地址。一个总线上可能有多个器件，首先你得确认你要跟那个器件进行通信，若有应答，就会产生EV6事件，ADDR置1，表示地址发送成功，EV8_1事件，TxE置1，将发送寄存器清空
③发送数据Data。当获得应答A，既然获得应答，肯定发送成功，会产生EV8，TxE置1，清除该事件，以便发送后面新的数据。
④发送停止信号P停止位
注：各种事件的产生改变了 SR 状态寄存器相应的位

主模式下的接收流程：

I2C库函数