嵌入式软件--stm32 DAY7 I2C通讯上

iic协议由飞利浦公司开发，是非常常用的一种通信协议，拥有两条总线的他支持多个设备共用同一条总线。常用于oled屏幕的外设驱动和手机PD协议通信中。了解和掌握iic协议是十分有必要的。

1.IIC概念 

1.1 IIC的两条线和协议细节

双向两线制，同步半双工

1.1.1 三种速率模式

标准模式 100kbps

快速模式 400kbps

高速模式 3.4Mbps

不占用总线，上拉电阻把总线拉成高电平。 

一般使用开漏模式而不是用推挽输出的原因是，避免多设备间冲突（多个设备共用同一条主线，如果有高有低，就会造成冲突），实现多主仲裁。

1.1.2协议细节 

起始信号：SCL保持高电平，SDA下降沿（电平由高到低变换）

数据位：SCL保持高电平，SDA维持稳定。

终止信号：SCL保持高电平，SDA上升沿（电平由低到高变换）

确认信号：IIC以字节为单位传输数据，每传输一个字节，都要向发送方发送一个确认信号。ACK NACK

数据的有效性：SDA高低电平在SCL时钟信号是低电平时才能改变，SDA线上的数据必须在SCL高电平周期保持稳定。

响应：接收方发送数据后要给发送方响应，应答响应和非应答响应。

应答响应ACK：给发送方一个低电平，非应答响应NACK：给发送方一个高电平。 

2. iic案例1：软件模拟IIC

2.1 EEPROM

型号：M24C02

M24C02的scl和sda与stm32的iic引脚相连，结合上拉电阻，构成IIC总线，通过iic进行交互。

eeprom芯片的设备地址一共七位，高四位固定1010，低三位则由E3/E2/E1信号线决定eeprom的设备地址。

R/W是读写方向控制位，与地址无关。

从设备7位地址+读写控制位

 1 0 1 0 E3 E2 E1 R/W

2.2操作时序图

2.2.1单字节写入

写入一个字节，一个字节一个字节的写入。

start 从设备地址+写操作位  ACK 写入字节地址 ACK 写入字节 ACK stop

2.2.2单字节读出

读出一个字节时序：

start 从设备地址+写操作位 ACK 写入字节地址 ACK start 从设备地址+读操作位 ACK 读字节 NACK(不应答，发送方就不会继续发) stop

单次写入多个字节时序：

start 从设备地址+写操作位 ACK 写入字节地址 ACK 写入字节1 ACK 写入字节2 ACK ····写入字节N ACK stop  

多字节写入叫页写，页写一次最多写入16个字节。超过16个字节，eeprom会重新第一个字节覆盖写入。

读的时候，要写一个字节再读一个字节，这叫假写真读。写的字节是地址，真正读的是数据。读字节没有限制，可以读取任意多个。

假写真读多个字节序：发start信号 设备地址+写操作位 ACK 写入内部地址 ACK  发start信号 设备地址加读操作位 ACK 读字节1 ACK 读字节2 ACK... 读字节N NO NACK STOP信号 

2.3 代码实战IIC

软件模拟IIC，通过向EEPROM发送一段数据，再读取出来，最后发送到串口，核对是否读写正确。

复制上一个项目文件夹，重命名为iic_software_register,意为iic软件模拟寄存器写法。

删除几个文件，只留下基本文件start,user,hardware和keil源文件.在hardware中添加文件夹IIC，新建两个文件iic.c和iic.h。

涉及到读写的EEPROM放到interface,建立两个文件m24c02.h,m24c02.c。

在keil里面将.c文件和.h文件路径添加到位。

 

关联vscode:

这是寄存器写法，用了PB10,PB11两个引脚。

通信过程：

在．ｈ文件里写预处理函数和函数名。

加上重定向函数，方便打印看结果。

2.3.1 iic初始化配置

//初始化
void I2C_Init(void)
{//1.配置时钟RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;//2.GPIO配置，PB10\PB11通用开漏输出，MODE-11,CNF-01GPIOB->CRH|=(GPIO_CRH_MODE10|GPIO_CRH_MODE11);GPIOB->CRH&=~(GPIO_CRH_CNF10_1|GPIO_CRH_CNF11_1);GPIOB->CRH|=(GPIO_CRH_CNF10_0|GPIO_CRH_CNF11_0);
}

2.3.2 IIC时序

（1)起始信号 SCL处于高电平，SDA下降沿，先拉高后拉低

//主机发出起始信号
void I2C_Start(void)
{//1.拉高SCL/SDASCL_HIGH;SDA_HIGH;I2C_DELAY;//2.拉低SDA，产生下降沿SCL_LOW;I2C_DELAY;}

(2)SDA低，SCL高，SDA上升沿

//主机发出停止信号
void I2C_Stop(void)
{//1.拉高SCL,拉低SDASCL_HIGH;SDA_LOW;I2C_DELAY;//2.拉高SDA，产生上升沿SDA_HIGH;I2C_DELAY;
} 

（3）接收应答非应答信号

《1》拉高SDA,拉低SCL，等待SDA反转

《2》SDA拉低，翻转数据，输出应答信号

《3》SCL拉高，保持SDA信号，做数据采样

《4》SCL拉低，数据采样结束

《5》SDA拉高，应答输出结束，释放SDA

//主机发送应答/非应答信号
void I2C_ACK(void)
{//1.拉高SDA/拉低SCL，准备反转SDASDA_HIGH;SCL_LOW;I2C_DELAY;//《2》SDA拉低，翻转数据，输出应答信号
SDA_LOW;
I2C_DELAY;
//《3》SCL拉高，保持SDA信号，做数据采样
SCL_HIGH;
I2C_DELAY;
//《4》SCL拉低，数据采样结束
SCL_LOW;
I2C_DELAY;
//《5》SDA拉高，应答输出结束，释放SDA总线
SDA_HIGH;
I2C_DELAY;
}

（4）接收非应答

 

//1.拉低SCL，拉高SDA，准备发送非应答信号

//2.保持SDA,拉高SCL信号，做数据采样

//3.保持SDA，拉低SCL，数据采样结束

void I2C_NACK(void)
{//1.拉低SCL，拉高SDA，准备发送非应答信号
SCL_LOW;
SDA_HIGH;
I2C_DELAY;
//2.保持SDA,拉高SCL信号，做数据采样
SCL_HIGH;
I2C_DELAY;
//3.保持SDA，拉低SCL，数据采样结束
SCL_LOW;
I2C_DELAY;
}

(5）

//主机从SDA读取响应信号，等待应答
uint8_t I2C_Wait4ACK(void)
{//1.拉高SDA/拉低SCL，准备反转SDASDA_HIGH;SCL_LOW;I2C_DELAY;//2.SCL拉高，保持SDA信号，做数据采样
SCL_HIGH;
I2C_DELAY;//3.读取SDA上的电平
uint8_t ack=READ_SDA;//4.SCL拉低，数据采样结束
SCL_LOW;
I2C_DELAY;
return ack?NACK:ACK;
}

（6）

//主机发送一个字节
void I2C_SendByte(uint8_t byte)
{for(uint8_t i=0;i<8;i++){//1.SCL拉低，等待可能的反转SDA信号，准备发送数据SCL_LOW;I2C_DELAY;//2.将要发送的位传到SDA上，MSB先行if(byte&0x80)// 10000000 取最高位{SDA_HIGH;}else{SDA_LOW;}I2C_DELAY;//3.SCL拉高，保持SDA信号，让从设备做数据采样SCL_HIGH;I2C_DELAY;//4.SCL拉低，数据采样结束SCL_LOW;I2C_DELAY;//5.左移一位，为下一次发送做准备byte<<=1;}
}//主机从SDA读取一个字节
uint8_t I2C_ReadByte(void)
{//定义变量，用来保存读取的字节uint8_t data=0;for (size_t i = 0; i < 8; i++){//1.拉高SDA，拉低SCL,释放SDA总线SDA_HIGH;SCL_LOW;I2C_DELAY;//2.SCL拉高，保持SDA信号，做数据采样SCL_HIGH;I2C_DELAY;//3.先左移一位，为下次接收做准备data<<=1;//4.读取SDA上的电平,放到数据的最低位if (READ_SDA){data|=0x01;  }//5.SCL拉低，数据采样结束SCL_LOW;I2C_DELAY;}}

2.4 接口层

.h文件

2.4.1 初始化

接口层没有什么可以初始化的，只要收发逻辑完成即可，因此只要IIC初始化即可。

2.4.2 写入字节，字写和页写

 

2.4.3 读取字节

假写真读的过程

连续多个字节读取

//连续读取多个字节（连续读）
void M24C02_ReadBytes(uint8_t innerAddr, uint8_t *bytes, uint8_t size)
{//1.发出开始信号I2C_Start();//2.发送写地址(假写)I2C_SendByte(W_ADDR);//3.等待应答I2C_Wait4ACK();//4.发送内部地址I2C_SendByte(innerAddr);//5.等待应答I2C_Wait4ACK();//6.发出开始信号I2C_Start();//7.发送读地址（真读）I2C_SendByte(R_ADDR);//8.等待应答I2C_Wait4ACK();for (uint8_t i = 0; i < size; i++){//9.循环读取一个字节的数据bytes[i]= I2C_ReadByte();//10.如果没结束，发送一个应答；如果最后一个，就给非应答if(i<size-1){I2C_ACK();}else{I2C_NACK();}}//11.发送结束信号I2C_Stop();return bytes;
}

之前未考虑到，写入和读取字节，EEPROM有自己的耗时，需要5ms.在之前的代码中自行添加。

2.4.4 应用测试：读取单字节

#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "m24c02.h"int main(void)
{//1.初始化USART_Init();M24C02_Init();printf("WO SHI CHINESE!\n");//2.写入单个字符M24C02_WriteByte(0x00,'a');M24C02_WriteByte(0x01,'b');M24C02_WriteByte(0x02,'c');//3.读取单个字符uint8_t byte1=M24C02_ReadByte(0x00);uint8_t byte2=M24C02_ReadByte(0x01);uint8_t byte3=M24C02_ReadByte(0x02);//4.串口输出打印printf("byte1=%c\n",byte1);printf("byte2=%c\n",byte2);printf("byte3=%c\n",byte3);while(1){}}

#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "m24c02.h"
#include <string.h>int main(void)
{//1.初始化USART_Init();M24C02_Init();printf("WO SHI CHINESE!\n");//2.写入单个字符M24C02_WriteByte(0x00,'a');M24C02_WriteByte(0x01,'b');M24C02_WriteByte(0x02,'c');//3.读取单个字符uint8_t byte1=M24C02_ReadByte(0x00);uint8_t byte2=M24C02_ReadByte(0x01);uint8_t byte3=M24C02_ReadByte(0x02);//4.串口输出打印printf("byte1=%c\n",byte1);printf("byte2=%c\n",byte2);printf("byte3=%c\n",byte3);//5.页写M24C02_WriteBytes(0x00,"123456",6);//6.读取多个字符uint8_t buff[50];M24C02_ReadBytes(0x00,buff,6);//7.串口输出打印printf("buff=%s\n",buff);//清除缓冲区memset(buff,0,sizeof(buff));//长度超出16的页写M24C02_WriteBytes(0x00,"1234567890123456",20);//如果从0X05开始读，就可以读到尾M24C02_ReadBytes(0x00,buff,20);printf("buff=%s\n",buff);while(1){}}