Stm32之I2C通信的使用情况，陈老师讲解【菜鸟收藏】

Stm32之I2C通信的使用（基于PCF8591）

I2C协议简介

I2C (Inter-Integrated Circuit），是一种串行通信总线，用于连接微控制器及其外围设备，达到主控制器和从器件间的主从双向通信，是一种同步半双工通信(两端时钟频次一致，双向通信，但不能同时进行数据收发)。

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I2C通信属于串行通信，具有两根串行信号线：数据线(SDA)，时钟线(SCL)。如下图所示，主控制器与从器件（一个或多个）都通过两根信号线连接，信号线上主机和从机都能够扮演发送器和接管器的角色。为确保传输过程的指向精确性，每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址（7位从器件专用地址码），可达到制定从机的定向传输与群发传输。

物理层

IIC物理层

其具有以下特性：

一个 I2C 总线只运用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA)，一条串行时钟线(SCL)。数据线即拿来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机能够利用这个地址进行不同设备之间的访问。

它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

总线通过上拉电阻接到电源，当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平，能够参见GPIO的开漏输出模式。

协议层

IIC协议层

如图为I2C通信的流程，能够总结如下（概要，详细细节还得看手册）：

主机（MCU）的I2C接口发出一个起始信号（S），告诉从机（SLAVE，奴隶，很形象哈哈）我要初始传输数据啦

此时所有从机都会收到这个信号，但是，到底是哪个从机要进行数据的读写呢？，这个时候主机就会广告从机地址（SLAVE ADDRESS，注意每个从机都有唯一的地址），告诉指定的从机要和你进行通信，以及是读数据还是写数据（1为读，0为写）

被选定的从机此时要给出一个应答信号，告诉主机到底要不要进行通信

0000四.假如从机容许的话就能够进行通信了，假如要停下，主时机发送一个停下信号（P），告诉从机到此完毕

STM32的I2C架构

架构就没什么好说的了，图里一看就明白。

基于PCF8591的I2C通讯程序分析

PCF8591是一款由Philips公司开发的8-bit A/D and D/A converter，采用I2C协议通信，虽然STM32内置有ADC，但是为了练习I2C的通讯方式，还是采用这款芯片。

我们查阅其datesheet，怎么去查阅呢，抓重要关键字，address byte，确定其地址，手册上是这样写的：

The address always has to be sent as the first byte after the start condition in the I2C-bus protocol. The last bit of the address byte is the read/write-bit which sets the direction of the following data transfer

从芯片原理图得知A0,A1,A2接地，1001000X，那么其地址就是0x90或者是0x91，看是读还是写来决定，接下来看Control byte,手册上是这样写的：

The second byte sent to a PCF8591 device will be stored in its control register and is required to control the device function.

假设我需要从通道0单端输出A/D转换数据，那么control byte就是01000000 = 0x40，万事大吉 ，开写通信协议：

首先看i2c.h:

#include"stm32f10x.h"#include"delay.h"//应答信号externu8ack;

//初始化函数externvoidI2c_Init(void);

//起动总线函数externvoidStart_I2c(void);

//结束总线函数 externvoidStop_I2c(void);

//应答子函数externvoidAck_I2c(u8a);

//字节数据发送函数externvoidSendByte(unsignedcharc);

//有子地址发送多字节数据函数externu8ISendStr(unsignedcharsla,unsignedcharsuba,unsignedchar*s,unsignedcharno);

//无子地址发送多字节数据函数externu8ISendStrExt(unsignedcharsla,unsignedchar*s,unsignedcharno);

//无子地址读字节数据函数externunsignedcharRcvByte(void);

//有子地址读取多字节数据函数externu8IRcvStr(unsignedcharsla,unsignedcharsuba,unsignedchar*s,unsignedcharno);

//无子地址读取多字节数据函数externu8IRcvStrExt(unsignedcharsla,unsignedchar*s,unsignedcharno);

然后看i2c.c，实际上的i2c协议很复杂，下面使用操作GPIO的方式来模拟I2C通信（不使用库函数操作），不是想要了解其中的原理可直接复制网络上现成的资源，每个芯片的i2C通信方式也略有差别，具体如何实现还是要看datesheet怎么写的。

/*************************此部分为I2C总线的驱动程序*************************************/

#include"i2c.h" //变量定义和函数声明全在此文件中/************************************硬件接口******************************/#define i2c_port GPIOB#define SData GPIO_Pin_7 //PB7; //I2C 时钟 #define SCLK GPIO_Pin_6 //PB6; //I2C 数据 /********************************宏定义*******************************************/#define SCL(x) x ? GPIO_SetBits(GPIOB , SCLK) : GPIO_ResetBits(GPIOB , SCLK)#define SDA(x) x ? GPIO_SetBits(GPIOB , SData) : GPIO_ResetBits(GPIOB , SData)/********************************变量*******************************************/u8ack;

/******************************************************************* 初始化函数 函数原型: void I2c_Init(); 功能: 初始化引脚 ********************************************************************/

voidI2c_Init(void){

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=SData|SCLK;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;//设置为开漏输出，实现线与功能GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(i2c_port,&GPIO_InitStructure);}

/******************************************************************* 起动总线函数 函数原型: void Start_I2c(); 功能: 启动I2C总线,即发送I2C起始条件. ********************************************************************/voidStart_I2c(){

SDA(1);//SDA=1; 发送起始条件（S）的数据信号delay_us(1);

SCL(1);//SCL=1;delay_us(5);//起始条件建立时间大于4.7us,延时，关于建立时间与保持时间，这些是数字电路中的重要概 念，不再解释。SDA(0);//SDA=0; /*发送起始信号*/delay_us(5);// 起始条件锁定时间大于4μsSCL(0);//SCL=0; /*钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */delay_us(2);}

/******************************************************************* 结束总线函数 函数原型: void Stop_I2c(); 功能: 结束I2C总线,即发送I2C结束条件. ********************************************************************/voidStop_I2c(){

SDA(0);//SDA=0;发送结束条件的数据信号delay_us(1);//发送结束条件的时钟信号SCL(1);//SCL=1;结束条件建立时间大于4μsdelay_us(5);

SDA(0);//SDA=1;发送I2C总线结束信号delay_us(4);}

/******************************************************************* 字节数据发送函数 函数原型: void SendByte(UCHAR c);功能: 将数据c发送出去,可以是地址,也可以是数据,发完后等待应答,并对 此状态位进行操作.(不应答或非应答都使ack=0) 发送数据正常，ack=1; ack=0表示被控器无应答或损坏。********************************************************************/voidSendByte(unsignedcharc){

unsignedcharBitCnt;

for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)//要传送的数据长度为8位{

if((c<<BitCnt)&0x80)SDA(1);//SDA=1; 判断发送位elseSDA(0);// SDA=0 delay_us(1);

SCL(1);//SCL=1 置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位delay_us(5);//保证时钟高电平周期大于4μsSCL(0);//SCL = 0}

delay_us(2);

SDA(1);//SDA=1 位发送完后释放数据线，准备接收应答位delay_us(2);

SCL(1);//SCL=1delay_us(3);

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,SData)==1)ack=0;

elseack=1;//判断是否接收到应答信号SCL(0);//SCL=0;delay_us(3);}

/******************************************************************* 字节数据接收函数 函数原型: UCHAR RcvByte();功能: 用来接收从器件传来的数据,并判断总线错误(不发应答信号)， 发完后请用应答函数应答从机。 ********************************************************************/unsignedcharRcvByte(){

unsignedcharretc;

unsignedcharBitCnt;

retc=0;

SDA(1);//SDA=1 置数据线为输入方式for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)

delay_us(1);

SCL(0);//SCL=0 置时钟线为低，准备接收数据位delay_us(5);//时钟低电平周期大于4.7μsSCL(1);//SCL=1 置时钟线为高使数据线上数据有效delay_us(2);

retc=retc<<1;

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,SData)==1)retc=retc+1;// SDA == 1读数据位,接收的数据位放入retc中 delay_us(2);

SCL(0);// SCL=0;delay_us(2);

return(retc);}

/******************************************************************** 应答子函数函数原型: void Ack_I2c(bit a);功能: 主控器进行应答信号(可以是应答或非应答信号，由位参数a决定)********************************************************************/voidAck_I2c(u8a){

if(a==0)

SDA(0);//SDA=0;在此发出应答或非应答信号 else

SDA(1);//SDA=1;delay_us(3);

SCL(1);//SCL=1; delay_us(4);//时钟低电平周期大于4μsSCL(0);//SCL=0; 清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收delay_us(2);}

pcf8591.h:

#ifndef __pcf8591_H__#define __pcf8591_H__#include"sys.h"#include"i2c.h"u8DACconversion(unsignedcharsla,unsignedcharc,unsignedcharVal);u8ISendByte(unsignedcharsla,unsignedcharc);u8IRcvByte(unsignedcharsla);

#endif

pcf8591.c:

#include"pcf8591.h"/*******************************************************************DAC 变换, 转化函数 *******************************************************************/u8DACconversion(unsignedcharsla,unsignedcharc,unsignedcharVal){

Start_I2c();//启动总线SendByte(sla);//发送器件地址if(ack==0)return(0);

SendByte(c);//发送控制字节if(ack==0)return(0);

SendByte(Val);//发送DAC的数值 if(ack==0)return(0);

Stop_I2c();//结束总线return(1);}

/*******************************************************************ADC发送字节[命令]数据函数 *******************************************************************/u8ISendByte(unsignedcharsla,unsignedcharc){

Start_I2c();//启动总线SendByte(sla);//发送器件地址if(ack==0)return(0);//应答信号SendByte(c);//发送数据if(ack==0)return(0);

Stop_I2c();//结束总线return(1);}

/*******************************************************************ADC读字节数据函数 *******************************************************************/unsignedcharIRcvByte(unsignedcharsla){unsignedcharc;

Start_I2c();//启动总线SendByte(sla+1);//发送器件地址，由于是读取，所以加1if(ack==0)return(0);

c=RcvByte();//读取数据0

Ack_I2c(1);//发送非就答位Stop_I2c();//结束总线return(c);}

最后看main.c的操作

#include"sys.h"#include"delay.h"#include"i2c.h"#include"usart.h"#include"pcf8591.h"#define PCF8591 0x90 vu16date;

intmain(void){

I2c_Init();

uart_init(115200);

delay_init();

while(1)

ISendByte(PCF8591,0x40);

date=IRcvByte(PCF8591);//printf("Send:%d \n\r",date);

delay_ms(500);

以后会更新更多基于IIC协议的器件通信，也会给出库函数版本的操作

总结

实现I2C通信，以下几个要点：

·datasheet中找到address byte，以及相关寄存器的规则

·配置I2C端口以及相关时钟

·根据I2C协议编写通信代码

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