1、第10章 I2C總線接口及應用案例-GPIO軟件模擬I2C協(xié)議10.1 I2C總線規(guī)范10.2 應用案例(一):GPIO模擬I2C總線協(xié)議1)2)3)4)硬件驅動程序分層模型I2C總線應用開發(fā)主要工作內容I2C接口功能芯片GPIO模擬I2C電路實例5) 軟件模擬I2C協(xié)議代碼詳解10.3 GPIO應用案例(二):STM32片內I2C接口應用10.3.1 STM32 I2C接口控制器概述10.3.2 STM32 I2C控制器寄存器10.3.3 STM32 I2C控制器庫函數(shù)10.3.4 STM32 I2C接口應用案例10.1I2C總線協(xié)議規(guī)范I2C總線I2C接口是Philips推出的一種串行總線

2、方式，用于IC器件之間的通信。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）和SCL（串行時鐘線）兩根線在連到總 線上的器件之間傳送信息，并通過軟件尋址識別每個器件，而不需要 片選線。I2C接口的標準傳輸速率為100Kbit/s，最高傳輸速率可達400Kbit/s。VDD主控制器件(RTC)從控制器件(LCD)R1R2SDABUSSCL從控制器件(ADC)主控制器件(MCU)從控制器件(EEPROM)從控制器件(SRAM)I2C電氣連接I2C總線接口均為開漏或開集電極輸出，因此需要為總線增加上拉電阻Rp?？偩€速率越高，總線上拉電阻VDDRpRp就越小，100Kbit/s總線速率， 通常使用5.1K歐姆的上拉電阻I

3、2C BUSSDASDA SCLSCLSCL出SDA出器件1器件2SCL入SDA入I2C總線時序在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)傳送的開始和結束，這通過起始和結束信號識別。發(fā)送起始信號后傳送的第一字節(jié)數(shù)據(jù)具有特別的意義，其中前七位為從機地址，最后一位為讀寫方向位（0表示寫，1表示讀）。第一字節(jié)從器件地址R/WSSDA SCLS P起始信號結束信號 I2C總線時序I2C總線數(shù)據(jù)傳送時，每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后都必須有應答信號（A）。主控器接收數(shù)據(jù)時，如果要結束通信時，將在停止位之前發(fā)送非應答信號（A）。SDASCLAA應答信號非應答信號I2C的一個完整幀結構停止信號起始信號STOPSTART.B0AB

4、7SDASCL . 9 1 8 I2C時序各種幀結構STM32在I2C通信中可以配置為主控器也可以作為被控器，那么它就具有4種操作模式：主發(fā)送模式、主接收模式、從發(fā)送模式和從接收模式。主機到從機A = 應答(SDA為低)S = 起始信號主機到從機A = 非應答(SDA為高)P = 停止信號RS = 重復起始信號從發(fā)送模式：PA數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址RS從接收模式：A/AP/RS數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址WS主接收模式：PA數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址RS主發(fā)送模式：PA/A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址WS10.2 GPIO軟件模擬I2C協(xié)議1) 硬件驅動程序分層模型圖10-2-1 協(xié)議驅動軟件分層模型(1)應

5、用軟件層協(xié)議時序/信號功能測試軟件、EEPROM特定應用功能軟件等；SDA(2)高層協(xié)議實現(xiàn)層指定存儲單元字節(jié)數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)、數(shù)據(jù)塊讀寫函數(shù)；(3)低層協(xié)議實現(xiàn)層(S)、(P)、(A)、( )等信號的產(chǎn)生與發(fā)送、BIT位傳送、數(shù)據(jù)幀傳送等功能函數(shù)；(4) 硬件驅動層SCL、SDA輸出高、低電平函數(shù)，讀入SDA總線狀態(tài)函數(shù)，GPIO端口初始化函數(shù)。GPIO硬件SCL2) 軟件編寫主要工作：(1) 硬件抽象層代碼編寫(基本I/O操作，與硬件實現(xiàn)有 關）(2) 協(xié)議底層功能函數(shù)編寫（基本I2C信號 實現(xiàn)）(3) 協(xié)議高層函數(shù)編寫 （字節(jié)讀寫）(4) 數(shù)據(jù)塊讀寫高層接口函數(shù)讀寫（數(shù)據(jù)塊讀寫）3) I2C

6、接口功能芯片帶I2C從控制器的功能芯片比較多，比如I2C-EEPROM、I2C-ADC 、I2C-RFID閱讀器芯片、I2C-RTC，.，等。8-lead SOICA0 A1 A2GNDVDD WPSCL SDA圖10-2-2 AT24C01引腳功能182736454) GPIO模擬I2C電路實例5) 硬件抽象層主要需要實現(xiàn)下列9個函數(shù),實現(xiàn)之后就基本可屏蔽MCU的硬件細節(jié)：delay5us()，延時基準函數(shù)，400kbps，約5us傳輸1比特，若對速度要求不高，不需要很精確，軟件延時即可； I2C_Init()，I2C/GPIO端口引腳初始化函數(shù)； SET_SDA()，在SDA總線上輸出數(shù)據(jù)

7、“1”函數(shù)； CLR_SDA()，在SDA總線上輸出數(shù)據(jù)“0”函數(shù)； IN_SDA()， 讀 入 數(shù) 據(jù) 線 狀 態(tài) 函 數(shù) ； SET_SCL()，在SCL總線上輸出高電平函數(shù)； CLR_SCL()，在SCL總線上輸出低電平函數(shù)； SET_SDA_OUT_MODE()，設置SDA為輸出數(shù)據(jù)模式；SET_SDA_IN_MODE()，設置SDA為輸入數(shù)據(jù)模式。01/STM32基本定義02#include stm32f10x.h03/根據(jù)字地址轉定義IO寄存器04#define MEM_ADDR_TO_IO_REG(addr)05/字地址轉位地址計算公式06#define WORD_ADDR_TO

8、_BIT_ADDR(waddr, bitnum).0708/根據(jù)位地址定義位IO寄存器09#define BIT_IO_REG(waddr, bitnum) .1011/計算ODR、IDR絕對地址12#define GPIOC_ODR_Addr(GPIOC_BASE+12)13#define GPIOC_IDR_Addr(GPIOC_BASE+8)14/定義輸入輸出宏15#define PCout(n)BIT_IO_REG(GPIOC_ODR_Addr,n)/定義位輸出宏16#define PCin(n)BIT_IO_REG(GPIOC_IDR_Addr,n)/定義位輸入宏17/GPIOI2C

9、硬件抽象層代碼18/引腳定義19#define SCLPCout(0)/PC0 SCL_out20#define SDAPCout(1)/ PC1SDA_out21/延時函數(shù)定義，可軟件不精確實現(xiàn)或定時器精確實現(xiàn)22void delay5us()char i;for(i=20;i0;i-) i=i;23void delay1ms(int n) for(n=n*200;n;n-) delay5us();24/基本IO操作25#defien SET_SDA()SDA=126#define CLR_SDA()SDA=027#define SET_SCL()SCL=128#define CLR_SCL

10、()SCL=029int IN_SDA(void)SDA=1; return ( PCin(1) ); 30void I2C_Init(void) 31/(1)令GPIOC端口時鐘使能32RCC-APB2ENR |= (1APB2ENR-GPIOC口時鐘。33/(2)清除PC0、PC1 模式位34GPIOC-CRL &= ( 0x0FCRL &= ( 0x0FCRL |= (5CRL寄存器,3-0位=0101b，浮空開漏輸出模式38GPIOC-CRL |= (5CRL &= ( 0x0FCRL |= (8CRL &= ( 0x0FCRL |= (54*1);52SDA=1;/關閉SDA的OD輸

11、出門，由上拉驅動5354556)I2C協(xié)議底層信號要實現(xiàn)下列7個函數(shù)start() stop()ack()nack() getAck() sendByte() recvByte()void start() /START 信號SET_SDA();delay5us(); SET_SCL();delay5us(); CLR_SDA();delay5us(); CLR_SCL();/SDA = 1;/SCL = 1;/SDA = 0;/SDA/SCL = 0;void stop()/STOP信號/SDA = 0;CLR_SDA();delay5us(); SET_SCL();delay5us();SE

12、T_SDA();delay5us(); CLR_SCL();/SCL = 1;/SDA = 1;/SDA = 0;void ack() /主器件發(fā)應答信號CLR_SDA(); SET_SCL();delay5us(); CLR_SCL(); SET_SDA();/SDA = 0;/SCL = 1;/SCL = 0;/SDA = 1;void nack() /主器件發(fā)非應答信號SET_SDA();/SDA = 1;delay5us(); SET_SCL();/SCL = 1;delay5us(); CLR_SCL(); /SCL = 0;unsigned char getAck()unsigne

13、d char flag,i; delay5us();/獲取從器件應答信號SET_SDA_IN_MODE();delay5us(); SET_SCL();for(i=0;i10;i+)delay5us();flag = IN_SDA(); if(flag=0) break;/SCL = 1;CLR_SCL();delay5us(); ack_flag=flag; return flag;/SCL = 0;unsigned char sendByte(unsigned char dat)unsigned char i; for(i = 0; i 8; i+)delay5us();if( dat&0

14、x80 )else delay5us(); SET_SCL();delay5us(); CLR_SCL();dat = dat 1; SET_SDA(); CLR_SDA(); /SCL = 1;/SCL = 0;return getAck();在時鐘上升沿前輸出SDA數(shù)據(jù)unsigned char recvByte()unsigned char i, tmp, dat; SET_SDA_IN_MODE();for(i = 0; i 8; i+)delay5us(); SET_SCL();delay5us(); if(IN_SDA() = 1)tmp = 1; else tmp = 0;dat

15、 = (dat 1) | tmp; CLR_SCL();return dat;在時鐘下降沿前取樣SDA7)主控制器高層I2C協(xié)議實現(xiàn)writeByte(),讀指定存儲單元數(shù)據(jù)readByte(),寫指定存儲單元數(shù)據(jù)writeBlock(),讀指定位置數(shù)據(jù)塊readBlock(),寫指定位置數(shù)據(jù)塊#define #define #defineSLAVE_ADDR 0xA0 CMD_WRITE 0x00 CMD_READ 0x01/ AT24C02 /AT24C02 EEPROMvoid writeByte(unsigned char addr,unsigned char dat)start();

16、 SendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE);/delay2Ms();sendByte(addr); /寫地址計數(shù)器/delay2Ms();sendByte(dat); stop();/delay2Ms();/寫存儲數(shù)據(jù)主發(fā)送模式：PA/A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址WSunsigned char readByte(unsigned char addr)unsigned char dat; start();sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE);sendByte(addr); stop();start();/寫AT24C02地址計數(shù)器sendByte(SLAV

17、E_ADDR|CMD_READ); dat = recvByte();nack();stop(); return dat;主接收模式：PA數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址RSvoid writeBlock( unsigned char addr, unsigned char * dats, unsigned char length)unsigned char i;start(); sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE); sendByte(addr);start(); sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE);for(i = 0; i length; i+) s

18、top();delay10Ms();sendByte(datsi);主發(fā)送模式：PA/A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A從器件地址WSvoid readBlock( unsigned char addr,unsigned char * buffer, unsigned char size) int i; start();int count = size - 1;sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE); sendByte(addr);stop();start(); sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_READ);for(i = 0; i count; i+) bufferi = recvByte(); buffercount = recvByte();nack