STM32学习笔记（十）--I2C、IIC总线协议详解

news2024/10/6 10:32:13

概述：Inter Integrated Circuit，一组多从 多组多从 有应答

是一种同步（具有时钟线需要同步时钟SCL）、串行（一位一位的往一个方向发送）、半双工（发送接收存在一种）通信总线。

（1）硬件电路 所有I2C设备的SCL连接在一起，SDA连在一起
                        设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式
                        SCL跟SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7K欧姆左右

                            

（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）IIC 的基本的读写通讯过程

主机首先在 IIC 总线上发送起始信号，那么这时总线上的从机都会等待接收由主机发出的 数据。主机接着发送从机地址+0(写操作)组成的 8bit 数据，所有从机接收到该 8bit 数据后，行检验是否是自己的设备的地址，假如是自己的设备地址，那么从机就会发出应答信号。主机 在总线上接收到有应答信号后，才能继续向从机发送数据。注意：IIC 总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号

主机向从机读取数据的操作，一开始的操作与写操作有点相似，观察两个图也可以发现，
都是由主机发出起始信号，接着发送从机地址+1(读操作)组成的 8bit 数据，从机接收到数据验证是否是自身的地址。那么在验证是自己的设备地址后，从机就会发出应答信号，并向主机返回 8bit 数据，发送完之后从机就会等待主机的应答信号。假如主机一直返回应答信号，那么从机可以一直发送数据，也就是图中的（n byte + 应答信号）情况，直到主机发出非应答信号，从机才会停止发送数据。

（4）软件读取I2C 的代码程序部分（主要是如何写时序复现时序的代码）

void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)//写SCL时钟电平
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)//写SDA数据电平
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}



uint8_t MyI2C_R_SDA(void)//读SDA数据电平
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
	Delay_us(10);
	return BitValue;
}

void MyI2C_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;//注意是开漏输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);一定要先拉高电平
}
//在SCL为低电平时 SDA可以改变电平状态 也就是 SCL拉低时 可写
//在SCL为高电平时 SDA可以不可以改变电平状态 也就是 SCL拉高时 可读
void MyI2C_Start(void)//时序开始；SDA要由高到低，SCL拉高 拉低为了可以改变数据SDA
{
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}
void MyI2C_Stop(void)//时序结束；SDA由低到高，SCL拉高
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);
}
//如下函数为写入数据 要从最高位开始写入 每次写入往右移一直写到最低位
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));//由于开始的时候把SCL拉低了 所以可以直接写
		MyI2C_W_SCL(1);//由于写完了一位 SCL立马拉高电平保证数据稳定写入
		MyI2C_W_SCL(0);//写入后 SCL变回低电平 利于循环遍历 方便下次改变SDA
	}
}
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t i, Byte = 0x00;
	MyI2C_W_SDA(1);//设置I2C总线上的SDA线为高电平，准备接收数据。
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		MyI2C_W_SCL(1);//SCL线为高电平，表示开始读取一个位的数据
		if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}
//条件语句判断SDA线的状态，如果为高电平，则将对应的位（根据循环次数）置为1，使用位操作符|=将对应的位设置为1。
		MyI2C_W_SCL(0);//表示结束当前位的数据读取
	}
	return Byte;
}
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)//写一位
{
	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
}
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)//读一位
{
	uint8_t AckBit;
	MyI2C_W_SDA(1);//准备接收数据
	MyI2C_W_SCL(1);//开始接收数据
	AckBit = MyI2C_R_SDA();
	MyI2C_W_SCL(0);//结束数据接收
	return AckBit;
}
以下为I2C读取MPU6050
#define MPU6050_ADDRESS		0xD0 //模块地址 查手册
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
	MyI2C_ReceiveAck();//应答
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();//应答
	MyI2C_SendByte(Data);
	MyI2C_ReceiveAck();//应答
	MyI2C_Stop();
}


uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
	MyI2C_ReceiveAck();//应答
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();//应答
	
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);//1为读 0为写
	MyI2C_ReceiveAck();//应答
	Data = MyI2C_ReceiveByte();//函数用于接收应答信号，表示设备是否成功接收到地址。
	MyI2C_SendAck(1);//用于发送应答信号，表示继续读取下一个字节。
	MyI2C_Stop();
	
	return Data;
}

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, 0x09);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);//用来开启工作状态
}

uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, 
						int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{
	uint8_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;
}

以下为硬件读取I2C部分
配置步骤 (主要是使用引脚本身的IIC相关功能 而不像软件模拟通过IO方式)
1.开启RCC外设时钟 开启GPIO以及I2C外设
2.初始化GPIO 配置为复用开漏
3.配置I2C初始化结构体
4.开启I2C

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