目录
背景
I2C协议
数据的有效性
I2C通信开始和停止条件
I2C数据传输
发送
响应
正常情况:
异常情况:
主机结束接收
写寄存器的标准流程
读寄存器的标准流程
仲裁机制
时钟同步
SDA线的仲裁
程序
背景
对单片机的三大通信中的I2C通信进行说明。
I2C协议
协议采用双线结构传输数据,包括一个数据线和一个时钟线(即 SDA 和 SCL 线),其中 SDA(Serial Data)线用于双向数据传输,而 SCL(Serial Clock)线则用于同步数据传输的时钟信号。通信始终由主设备(Master)控制,从设备(Slave)被动接收和回应。这种简单的线路连接方式使得设备之间的互连变得非常容易。
数据的有效性
I2C通信开始和停止条件
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0688d2b9a44b45738cc050a29c7ca42a.png)
I2C数据传输
发送
响应
正常情况:
异常情况:
主机结束接收
![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/1c256420868c4d4dabfe65cfd464736d.png)
写寄存器的标准流程
- Master发起START
- Master发送I2C addr(7bit)和w操作0(1bit),等待ACK
- Slave发送ACK
- Master发送reg addr(8bit),等待ACK
- Slave发送ACK
- Master发送data(8bit),即要写入寄存器中的数据,等待ACK
- Slave发送ACK
- 第6步和第7步可以重复多次,即顺序写多个寄存器
- Master发起STOP
读寄存器的标准流程
- Master发送I2C addr(7bit)和w操作1(1bit),等待ACK
- Slave发送ACK
- Master发送reg addr(8bit),等待ACK
- Slave发送ACK
- Master发起re -START
- Master发送I2C addr(7bit)和r操作1(1bit),等待ACK
- Slave发送ACK
- Slave发送data(8bit),即寄存器里的值
- Master发送ACK
- 第8步和第9步可以重复多次,即顺序读多个寄存器
- 主机想结束接收时,最后一个数据不再需要ACK应答,保持为高电平(NACK)。
- 主机发出 STOP 信号,停止
I2C
通信
主机想结束接收时,最后一个数据不再需要ACK应答,保持为高电平(NACK)。
仲裁机制
时钟同步
在 I2C
总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在 SCL 线上的所有器件的 逻辑“与” (线与,所以需要SCL也是开漏输出)完成的。即如果有多个主机同时产生时钟,那么只有所有主机都发送高电平时,SCL 上才表现为高电平,否则 SCL 都表现为低电平。
SDA线的仲裁
总线仲裁是为了解决多设备同时竞争中线控制权的问题,通过一定的裸机来决定哪个设备能够获得最终的总线控制权。
SDA线的仲裁也是建立在总线具有线“与”
逻辑功能的原理上的。节点在发送1位数据后,比较总线上所呈现的数据与自己发送的是否一致(回读机制)。
- 是,继续发送;
- 否则,退出竞争;
I2C总线的控制逻辑:低电平优先
SDA线的仲裁可以保证I2C总线系统在多个主节点同时企图控制总线时通信正常进行并且数据不丢失,总线系统通过仲裁只允许一个主节点可以继续占据总线。
程序
void I2C_GPIO_Init(void){ //I2C接口初始化
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE); //启动I2C功能
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL | I2C_SDA; //选择端口号
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; //选择IO接口工作方式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //设置IO接口速度(2/10/50MHz)
GPIO_Init(I2CPORT, &GPIO_InitStructure);
}
void I2C_Configuration(void){ //I2C初始化
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_GPIO_Init(); //先设置GPIO接口的状态
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//设置为I2C模式
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = HostAddress; //主机地址(从机不得用此地址)
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;//允许应答
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; //7位地址模式
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = BusSpeed; //总线速度设置
I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStructure);
I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);//开启I2C
}
void I2C_SAND_BUFFER(u8 SlaveAddr,u8 WriteAddr,u8* pBuffer,u16 NumByteToWrite){ //I2C发送数据串(器件地址,寄存器,内部地址,数量)
I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);//产生起始位
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); //清除EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C1,SlaveAddr,I2C_Direction_Transmitter);//发送器件地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));//清除EV6
I2C_SendData(I2C1,WriteAddr); //内部功能地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));//移位寄存器非空,数据寄存器已空,产生EV8,发送数据到DR既清除该事件
while(NumByteToWrite--){ //循环发送数据
I2C_SendData(I2C1,*pBuffer); //发送数据
pBuffer++; //数据指针移位
while (!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));//清除EV8
}
I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE);//产生停止信号
}
void I2C_SAND_BYTE(u8 SlaveAddr,u8 writeAddr,u8 pBuffer){ //I2C发送一个字节(从地址,内部地址,内容)
I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE); //发送开始信号
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); //等待完成
I2C_Send7bitAddress(I2C1,SlaveAddr, I2C_Direction_Transmitter); //发送从器件地址及状态(写入)
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)); //等待完成
I2C_SendData(I2C1,writeAddr); //发送从器件内部寄存器地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); //等待完成
I2C_SendData(I2C1,pBuffer); //发送要写入的内容
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); //等待完成
I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE); //发送结束信号
}
void I2C_READ_BUFFER(u8 SlaveAddr,u8 readAddr,u8* pBuffer,u16 NumByteToRead){ //I2C读取数据串(器件地址,寄存器,内部地址,数量)
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY));
I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);//开启信号
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); //清除 EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C1,SlaveAddr, I2C_Direction_Transmitter); //写入器件地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));//清除 EV6
I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);
I2C_SendData(I2C1,readAddr); //发送读的地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); //清除 EV8
I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE); //开启信号
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); //清除 EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C1,SlaveAddr,I2C_Direction_Receiver); //将器件地址传出,主机为读
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED)); //清除EV6
while(NumByteToRead){
if(NumByteToRead == 1){ //只剩下最后一个数据时进入 if 语句
I2C_AcknowledgeConfig(I2C1,DISABLE); //最后有一个数据时关闭应答位
I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE); //最后一个数据时使能停止位
}
if(I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)){ //读取数据
*pBuffer = I2C_ReceiveData(I2C1);//调用库函数将数据取出到 pBuffer
pBuffer++; //指针移位
NumByteToRead--; //字节数减 1
}
}
I2C_AcknowledgeConfig(I2C1,ENABLE);
}
u8 I2C_READ_BYTE(u8 SlaveAddr,u8 readAddr){ //I2C读取一个字节
u8 a;
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY));
I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
I2C_Send7bitAddress(I2C1,SlaveAddr, I2C_Direction_Transmitter);
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);
I2C_SendData(I2C1,readAddr);
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
I2C_Send7bitAddress(I2C1,SlaveAddr, I2C_Direction_Receiver);
while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));
I2C_AcknowledgeConfig(I2C1,DISABLE); //最后有一个数据时关闭应答位
I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE); //最后一个数据时使能停止位
a = I2C_ReceiveData(I2C1);
return a;
}
PS:因为总线的线与特性,SCL和SDA都要设置为开漏输出