STM32 I2C通信协议详解（一）：基础知识与软件实现指南

一、I2C基础知识

1）I2C通信

• I2C总线(Inter IC BUS)是由Philips公司开发的一种通用数据总线

• 两根通信线：SCL(Serial Clock)、SDA(Serial Data)

• 同步，半双工

• 带数据应答

• 支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）
  

2）I2C硬件电路

• 所有I2C设备的SCL连接在一起，SDA连接在一起

• 每个从机有一个7位地址，部分地址可以通过引脚灵活切换

• 所有SCL和SDA都配置为开漏输出模式

1. 防止电源短路，所有设备禁止强上拉模式

2. 避免了输入输出的频繁切换

3. 通过“线与”实现多主机模式下的时钟同步和总线仲裁

• SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右
  

2）I2C时序基本单元

• 起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

• 终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平
  

• 发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节
  

• 接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）
  

• 发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

• 接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

3）I2C完整时序

• 指定地址写

• 对于指定设备（Slave Address 0xD0），在指定地址（Reg Address 0x19）下，写入指定数据（Data 0xAA）
  

• 当前地址读

• 对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）

• 读取操作会读取到上次主机读取的地址的下一位，所以要指定地址读的话就先进行指定地址写的操作，在主机写完后再次发送起始命令就可以直接进行读的操作了

• 主机可以不应答，就是告诉从机不想要数据了，然后再结束
  

4）MPU6050简介

• MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角(欧拉角)，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景

• 3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度

• 3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度
  

• 16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767

• 加速度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）

• 陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec）

• 可配置的数字低通滤波器，是输出数据平缓

• 可配置的时钟源

• 可配置的采样分频，控制AD转换的速度

• I2C从机地址：1101000（AD0=0） 1101001（AD0=1），不融入读写位为0x68，融入读写位为0xD0

• 硬件电路，通过自测响应判断好坏，同时具有温度传感器，内部有电荷泵（用来升压 ）
  

• 其他资料详见手册

二、实验

1）软件I2C读写MPU6050

• 可以把AD0引脚接高电平修改MPU的名称，改了后记得地址为0xD2

• 关键代码：

//写一个字节

void MPU6050_WriteReg(u8 RegAddress, u8 Data){

MyI2C_Start();

MyI2C_SendByte(0xD0);

MyI2C_ReceiveAck();

MyI2C_SendByte(RegAddress);

MyI2C_ReceiveAck();

MyI2C_SendByte(Data);

MyI2C_ReceiveAck();

MyI2C_Stop();

}

//读一个字节

u8 MPU6050_ReadReg(u8 RegAddress){

MyI2C_Start();

MyI2C_SendByte(0xD0);

MyI2C_ReceiveAck();

MyI2C_SendByte(RegAddress);

MyI2C_ReceiveAck();

MyI2C_Start();

MyI2C_SendByte(0xD1);

MyI2C_ReceiveAck();

u8 Data = MyI2C_ReceiveByte();

MyI2C_SendAck(1);

MyI2C_Stop();

return Data;

}

u8 MPU6050_GetID(void){

return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);

}

void MPU6050_Init(void){

MyI2C_Init();

MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);

MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);

MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x00);

MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);

MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);

MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18); 

}

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t*AccZ, int16_t  *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ){

int16_t DataH, DataL;

DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);

DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);

*AccX = DataH << 8 | DataL;

DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);

DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);

*AccY = DataH << 8 | DataL;

DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);

DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);

*AccZ = DataH << 8 | DataL;

DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);

DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);

*GyroX = DataH << 8 | DataL;

DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);

DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);

*GyroY = DataH << 8 | DataL;

DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);

DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);

*GyroZ = DataH << 8 | DataL;

}