STM32实战总结：HAL之I2C

news2025/1/14 0:49:11

I2C基础知识参考：

嵌入式常见接口协议总结_路溪非溪的博客-CSDN博客

电路图

扩展的I2C接口，可以连接支持I2C的设备。常见于传感器等。

参考手册

目前大部分MCU都带有IIC总线接口，STM32F1也不例外。但是这里我们不使用STM32F1的硬件IIC，而是通过软件模拟。原因是ST为了规避飞利浦IIC专利问题，将STM32的硬件IIC设计的比较复杂，且稳定性不怎么好。
用软件模拟IIC，最大的好处就是方便移植， 同一个代码兼容所有MCU，任何一个单片机只要有IO口，就可以很快的移植过去，而且不需要特定的IO口。而硬件IIC，则换一款 MCU，基本上就得重新搞一次，移植是比较麻烦的，这是我们推荐使用软件模拟IIC的另外一个原因。

自行阅读参考手册，大概了解下STM32的IIC。

此处通过SHT30的使用来学习IIC协议。

电路图如下：

注意，这里的引脚连接没有连到硬件IIC上。

所以，就算想用硬件IIC也用不起来。

STN30

STN30是一款温湿度传感器芯片，关键性能如下：

Wide supply voltage range, from 2.4 to 5.5 V

I2C Interface with communication speeds up to 1MHz and two user selectable addresses Typical accuracy of 2%RH and 0.3°C

The sensor shows best performance when operated within recommended normal temperature and humidity range of 5 – 60 °C and 20 – 80 %RH

饮片引脚如下：

 

设备地址：

上面的原理图中，ADDR接了地，所以这里的地址是0x44.

为了提高准确度，该芯片采用多次测量取均值的策略。所以，当重复度越高的时候，所用的时间会越长。

更多自行阅读手册。

GPIO配置

因为是用软件I2C，所以只用配置对应的两个GPIO口，即PG11和PG12。

要注意的一点是：

我们在配置时，需要将端口配置成输出或者输入，但是，在I2C工作过程中，既需要输出，又需要输入，通过半双工来完成整个过程。

那怎么办呢？怎么能让一个IO口既是输出也是输入呢？

当引脚配置成输出，并且是开漏模式时，引脚对输入的数据也能进行读取。

不过，读取时需要先输出一个高电平，关闭内部的NMOS管，才能作为输入使用。

这就是STM32的准双向口。

关键代码

I2C.c

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "MyApplication.h"

/* Private define-------------------------------------------------------------*/
//置位与清零SCL管脚
#define	SET_SCL	HAL_GPIO_WritePin(SHT30_SCL_GPIO_Port,SHT30_SCL_Pin,GPIO_PIN_SET) 
#define	CLR_SCL	HAL_GPIO_WritePin(SHT30_SCL_GPIO_Port,SHT30_SCL_Pin,GPIO_PIN_RESET)
//置位与清零SDA管脚
#define	SET_SDA	HAL_GPIO_WritePin(SHT30_SDA_GPIO_Port,SHT30_SDA_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define	CLR_SDA	HAL_GPIO_WritePin(SHT30_SDA_GPIO_Port,SHT30_SDA_Pin,GPIO_PIN_RESET)
//读SDA管脚状态
#define READ_SDA	HAL_GPIO_ReadPin(SHT30_SDA_GPIO_Port,SHT30_SDA_Pin)

/* Private variables----------------------------------------------------------*/
void Init(void);  //I2C初始化
void Start(void); //I2C起始信号
void Stop(void);  //I2C停止信号
ACK_Value_t Write_Byte(uint8_t);      //I2C写字节
uint8_t     Read_Byte (ACK_Value_t);  //I2C读字节

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
I2C_Soft_t I2C_Soft = 
{
	Init,
	Start,
	Stop,
	Write_Byte,
	Read_Byte
};

/* Private function prototypes------------------------------------------------*/      
static void I2C_Delay_us(uint8_t);

/*
	* @name   Init
	* @brief  I2C初始化
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Init(void)
{
	SET_SCL;
	SET_SDA;
}

/*
	* @name   Start
	* @brief  I2C起始信号
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Start(void)
{
	//SCL为高电平，SDA的下降沿为I2C起始信号
	SET_SDA;
	SET_SCL;
	I2C_Delay_us(1);
	
	CLR_SDA;
	I2C_Delay_us(10);
	
	CLR_SCL;
	I2C_Delay_us(1);
}

/*
	* @name   Stop
	* @brief  I2C停止信号
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Stop(void)
{
	//SCL为高电平，SDA的上升沿为I2C停止信号
	CLR_SDA;
	SET_SCL;
	I2C_Delay_us(1);
		
	I2C_Delay_us(10);
	SET_SDA;
}

/*
	* @name   Write_Byte
	* @brief  I2C写字节
	* @param  WR_Byte -> 待写入数据
	* @retval ACK_Value_t -> 从机应答值      
*/
static ACK_Value_t Write_Byte(uint8_t WR_Byte)
{
	uint8_t i;
	ACK_Value_t  ACK_Rspond;
	
	//SCL为低电平时，SDA准备数据,接着SCL为高电平，读取SDA数据
	//数据按8位传输，高位在前，利用for循环逐个接收
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		//SCL清零，主机SDA准备数据
		CLR_SCL;
		I2C_Delay_us(1);
		if((WR_Byte&BIT7) == BIT7)
		{
			SET_SDA;
		}
		else
		{
			CLR_SDA;
		}
		I2C_Delay_us(1);
		//SCL置高，传输数据
		SET_SCL;
		I2C_Delay_us(10);
		
		//准备发送下一比特位
		WR_Byte <<= 1;
	}
	
	CLR_SCL;	
	//释放SDA，等待从机应答
	SET_SDA;
	I2C_Delay_us(1);
	
	SET_SCL;
	I2C_Delay_us(10);
	
	ACK_Rspond = (ACK_Value_t)READ_SDA;
	
	CLR_SCL;
	I2C_Delay_us(1);
	
	//返回从机的应答信号
	return ACK_Rspond;
}

/*
	* @name   Write_Byte
	* @brief  I2C写字节
	* @param  ACK_Value -> 主机回应值
	* @retval 从机返回值      
*/
static uint8_t Read_Byte(ACK_Value_t ACK_Value)
{
	uint8_t RD_Byte = 0,i;
		
	接收数据
	//SCL为低电平时，SDA准备数据,接着SCL为高电平，读取SDA数据
	//数据按8位传输，高位在前，利用for循环逐个接收
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		//准备接收下一比特位
		RD_Byte <<= 1;
		
		//SCL清零，从机SDA准备数据
		CLR_SCL;
		I2C_Delay_us(10);
		
		//SCL置高，获取数据
		SET_SCL;
		I2C_Delay_us(10);	

		RD_Byte |= READ_SDA;		
	}
	
	
	//SCL清零，主机准备应答信号
	CLR_SCL;
	I2C_Delay_us(1);
	
	//主机发送应答信号	
	if(ACK_Value == ACK)
	{
		CLR_SDA;
	}
	else
	{
		SET_SDA;	
  }	
	I2C_Delay_us(1);
	
	
	SET_SCL; 	
	I2C_Delay_us(10);
	
	//Note:
  //释放SDA数据线
	//SCL先清零，再释放SDA，防止连续传输数据时，从机错将SDA释放信号当成NACk信号
	CLR_SCL;
  SET_SDA; 	
	I2C_Delay_us(1);

	//返回数据
	return RD_Byte;
}

/*
	* @name   I2C_Delay
	* @brief  I2C延时
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void I2C_Delay_us(uint8_t us)
{
	uint8_t i = 0;
	
	//通过示波器测量进行校准
	while(us--)
	{
		for(i=0;i<7;i++);
	}
}
/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

SHT30.c

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "MyApplication.h"

/* Private define-------------------------------------------------------------*/

/* Private variables----------------------------------------------------------*/
void Measure_Period_Mode(void);  //周期测量模式

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
SHT30_t SHT30 = 
{
	0.0,
	0,
	Measure_Period_Mode
};

/* Private function prototypes------------------------------------------------*/      
static uint8_t CRC_8(uint8_t *,uint8_t);


/*
	* @name   Measure_Period_Mode
	* @brief  周期测量模式
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Measure_Period_Mode(void)
{
  uint8_t   temp_array[6] = {0};
	uint16_t  temp_uint     = 0;
	float     temp_float    = 0;

	//启动周期性测量
	I2C_Soft.Start();
	I2C_Soft.Write_Byte(SHT30_ADDR & Write_CMD);
	I2C_Soft.Write_Byte(0x27); //High repeat , mps = 10
	I2C_Soft.Write_Byte(0x37);
	
	Timer6.SHT30_Measure_Timeout = 0;
	//发送接收数据命令
	do
	{		
		if(Timer6.SHT30_Measure_Timeout >= TIMER6_2S) //2s内没获取到数据，退出等待
			break;
		
		I2C_Soft.Start();
		I2C_Soft.Write_Byte(SHT30_ADDR & Write_CMD);
		I2C_Soft.Write_Byte(0xE0);
		I2C_Soft.Write_Byte(0x00);
		
		I2C_Soft.Start();
	}
	while(I2C_Soft.Write_Byte(SHT30_ADDR | Read_CMD) ==NACK);
		
	//开始接收测量数据，并计算
	if(Timer6.SHT30_Measure_Timeout < TIMER6_2S)
	{
		temp_array[0] = I2C_Soft.Read_Byte(ACK);
		temp_array[1] = I2C_Soft.Read_Byte(ACK);
		temp_array[2] = I2C_Soft.Read_Byte(ACK);
		temp_array[3] = I2C_Soft.Read_Byte(ACK);
		temp_array[4] = I2C_Soft.Read_Byte(ACK);
		temp_array[5] = I2C_Soft.Read_Byte(NACK);
		I2C_Soft.Stop();
		
		//计算温度,精度0.1
		if(CRC_8(temp_array,2) == temp_array[2]) //CRC-8 校验
		{
			temp_uint         = temp_array[0]*256+temp_array[1];
			temp_float        = ((float)temp_uint)*0.267032-4500;
			SHT30.fTemperature = temp_float*0.01;
	  }
		
		//计算湿度，精度1%RH
		if(CRC_8(&temp_array[3],2) == temp_array[5]) //CRC-8 校验
		{
			temp_uint      = temp_array[3]*256+temp_array[4];
			temp_float     = ((float)temp_uint)*0.152590;
			temp_float     = temp_float*0.01;
			SHT30.ucHumidity = (unsigned char)temp_float;  
	  }
	}
}

/*
	* @name   CRC_8
	* @brief  CRC-8校验
	* @param  Crc_ptr -> 校验数据首地址
						LEN     -> 校验数据长度
	* @retval CRC_Value -> 校验值      
*/
static uint8_t CRC_8(uint8_t *Crc_ptr,uint8_t LEN)
{
	uint8_t CRC_Value = 0xFF;
	uint8_t i = 0,j = 0;

	for(i=0;i<LEN;i++)
	{
		CRC_Value ^= *(Crc_ptr+i);
		for(j=0;j<8;j++)
		{
			if(CRC_Value & 0x80)
				CRC_Value = (CRC_Value << 1) ^ 0x31;
			else
				CRC_Value = (CRC_Value << 1);
		}
	}
	return CRC_Value;
}

/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

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