stm32f4xx-I2C
文章目录
- 一、概述
- 1.背景
- 2.传输方向
- 3.速度
- 4.地址
- 二、IIC通信过程
- 1.I2C通信过程中,存在4种信号
- 2.起始信号和停止信号
- 3.同步信号
- 4.数据收传输与应答
- 总结:
- 三、典型I2C时序
- 四、应用领域
- 五、EEPROM(AT24C02)test
- 1.特点
- 2.地址
- 3.读写时序图
- 4.test
一、概述
1.背景
I2C(IIC,Inter-Integrated Circuit)总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。一种串行、半双工总线,主要用于近距离、低速芯片之间的通信。IIC总线有两根双向信号线,一根数据线SDA用于收发数据,一根时钟线SCL(SCK)用于通信双方时钟的同步;IIC总线硬件结构简单,成本较低,应用广泛。
主器件用于启动总线传送数据,并产生时钟以开放传送的器件,此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。
I2C总线简化了硬件电路PCB布线,降低了系统成本,提高了系统可靠性。因为I2C芯片(如mpu6050、ft5x06等)除了这两根线和少量中断线,与系统再没有连接的线,用户常用IC可以很容易形成标准化和模块化,便于重复利用。
2.传输方向
在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的,而取决于此时数据传送方向。
如果主机要发送数据给从器件,则主机首先寻址从器件,然后主动发送数据至从器件,最后由主机终止数据传送。
如果主机要接收从器件的数据,首先由主器件寻址从器件.然后主机接收从器件发送的数据,最后由主机终止接收过程。在这种情况下,主机负责产生定时时钟和终止数据传送。
3.速度
连接到相同总线上的IC数量只受总线最大电容的限制,串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s,快速模式下可达400Kbit/s,高速模式下可达3.4Mbit/s。
总线具有极低的电流消耗.抗高噪声干扰,增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍,传输距离达到15m;兼容不同电压等级的器件,工作温度范围宽。
4.地址
I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备,而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(地址通过物理接地或者拉高,可以从I2C器件的数据手册得知,如AT24C02芯片,7位地址依次1010xxx, 最低三位可配,如果全部物理接地,则该设备地址为0x50),主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信,在通常的应用中,我们把STM32作为主设备,把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。
二、IIC通信过程
空闲时SCL和SDA为高电平,发数据时SCL低电平,收数据SCL高电平
1.I2C通信过程中,存在4种信号
1.起始信号(条件):表示双方做好通信准备
2.主机发送1字节数据,指明从机地址和后续字节的传送方向
3.应答信号:有应答信号和无应答信号。有应答信号SDA为低电平,无应答信号为高电平
4.停止信号(条件):告诉从机通信结束,释放总线
2.起始信号和停止信号
起始信号:当SCL为高电平,SDA从高电平变为低电平
终止信号:当SCL为高电平,SDA从低电平变为高电平
3.同步信号
时钟线SCL为低电平时发送器向数据线SDA上发送一位数据,此期间信号允许发送变化
时钟线SCL为高电平时接收器从数据线SDA上读取一位数据,此期间信号不允许发送变化,必须保持稳定
SCL时钟线作用:告诉发送器和接收器对数据收发的时机
4.数据收传输与应答
先传输最高位,后传输低位,发送完1字节后接收器必须发送1位应答位来回应发送器,所以一帧共有9位
总结:
IIC协议整个通信流程 = 起始信号 + 1字节(从机地址(确定目标7bit)和传输方向(0/1))+ 应答信号(有(SDA 0)/无(SDA 1) + 数据传输(发送/接收) + 停止信号
三、典型I2C时序
A表示应答,A非表示非应答,S表示起始信号,P表示终止信号
主机向从机发送数据:
数据发送过程:主机发送启动信号,主机发送1字节数据后确定数据传输方向,从机应答,主机再发送数据,从机应答;
数据停止传输过程的两种过程:一是主机发送数据后从机应答,主机主动发送停止信号;二是主机发送数据后从机不应答,主机再发送停止信号
从机向主机发送数据:
数据发送过程:主机发送启动信号,主机发送1字节数据后确定数据传输方向,从机应答,从机再发送数据,主机应答;
数据停止传输过程:从机向主机发送数据,主机不应答,主机再发送停止信号
主机先向从机发送数据,然后从机再向主机发送数据
发送过程:
主机发送启动信号,主机发送1字节数据后确定数据传输方向,从机应答,主机再发送数据,从机应答,从机数据接收完后,主机再发送启动信号(防止总线被抢占),主机发送1字节数据后确定数据传输方向,从机应答,从机发送数据,主机应答;
数据停止传输过程:从机向主机发送数据,主机不应答,主机再发送停止信号
主机向从机发送数据:
从机向主机发送数据:
四、应用领域
摄像头控制、触摸屏、无人机、计步器(加速度/角速度/陀螺仪传感器)、心率(心率传感器)、激光测距、FM收音机(FM调频收音模块)
五、EEPROM(AT24C02)test
1.特点
总容量256 (2k/8)个字节
接口:I2C
2.地址
A0-A2接地 000
1字节:写0xA0、读0xA1
3.读写时序图
向目标地址写入数据
DEVICE ADDRESS = 0xA0
WORD ADDRESS 写入EEPROM的地址(0~255)
DATA 写入数据
先发送要读的地址,再接收数据
4.test
参考
int mian(void)
{USART1_init(115200);printf("hello world\r\n");AT24C02_Init();if(!AT24C02_Check())printf("check success!\r\n");AT24C02_WriteOneByte(0,0xFF);uint8_t rd_data = AT24C02_ReadOneByte(0);printf("read data = %x\r\n",rd_data);
}
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->MODER &= ~(3<<(9*2)); GPIOB->MODER |= 0<<(9*2);} //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER &= ~(3<<(9*2)); GPIOB->MODER |= 1<<(9*2);} //PB9输出模式
//IO操作函数
#define IIC_SCL PBout(8) //SCL
#define IIC_SDA PBout(9) //SDA
#define READ_SDA PBin(9) //输入SDAvoid delay_ms(uint32_t n)
{while(n--){SysTick->CTRL = 0; // 关闭系统定时器SysTick->LOAD = 168000-1; // 配置计数值(168000-1) ~ 0SysTick->VAL = 0; // 清除当前值和计数标志SysTick->CTRL = 5; // 使用处理器时钟启用SysTick定时器while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// 等待直到设置计数标志} SysTick->CTRL = 0; // 关闭系统定时器
}void delay_us(uint32_t n)
{while(n--){SysTick->CTRL = 0; // 关闭系统定时器SysTick->LOAD = 168-1; // 配置计数值(168000-1) ~ 0SysTick->VAL = 0; // 清除当前值和计数标志SysTick->CTRL = 5; // 使用处理器时钟启用SysTick定时器while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// 等待直到设置计数标志} SysTick->CTRL = 0; // 关闭系统定时器
}//IIC初始化
void IIC_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// GPIOB时钟使能RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE);//GPIOB8,B9初始化设置GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; //输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //高速GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//空闲时SDA SCL初始化为高电平IIC_SCL = 1;IIC_SDA = 1;
}//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{SDA_OUT(); //SDA输出模式//空闲时SDA SCL初始化为高电平IIC_SCL = 1;IIC_SDA = 1;delay_us(4);//起始信号:SCL为高电平,SDA从高电平变为低电平IIC_SDA = 0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(4);//SCL低电平时,发送器发送数据IIC_SCL=0;//钳住I2C总线,准备发送或接收数据
}
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{SDA_OUT(); //SDA输出模式IIC_SCL = 0;//终止信号:SCL高电平,SDC从低电平变为高电平IIC_SDA = 0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to highdelay_us(4);IIC_SCL = 1;IIC_SDA = 1;delay_us(4);
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{//时钟线低电平时,数据线低电平IIC_SCL=0; //低电平,发送器发送SDA_OUT(); //SDA输出模式IIC_SDA=0;delay_us(2);IIC_SCL=1; //高电平,接收机接收delay_us(2);IIC_SCL=0;
}
//产生ACK非应答
void IIC_NAck(void)
{//时钟线低电平时,数据线高电平IIC_SCL=0; //低电平,发送器发送SDA_OUT(); //SDA输出模式IIC_SDA=1;delay_us(2);IIC_SCL=1; //高电平,接收机接收delay_us(2);IIC_SCL=0;
}//等待应答信号到来
//返回值:1,接收应答失败
// 0,接收应答成功
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{uint8_t ucErrTime;SDA_IN(); //SDA输入模式while(READ_SDA) //等待应答 0应答 1非应答{ucErrTime++;if(ucErrTime>200)//等待应答{IIC_Stop();//停止信号return 1;break;}}IIC_SCL = 0;//下一阶段 继续发送return 0;
}//IIC发送一个字节
void IIC_Send_Byte(uint8_t txd)
{int tmp;IIC_SCL = 0;//低电平,发送器发送SDA_OUT();for(tmp = 7;tmp>=0;tmp--){if(txd & (1<<tmp))//从最位开始发数据IIC_SDA = 1;elseIIC_SDA = 0;delay_us(2);IIC_SCL = 1;//高电平,接收器接收delay_us(2);IIC_SCL = 0;delay_us(2);}
}//读1个字节,ack=1时,发送ACK,ack=0,发送nACK
uint8_t IIC_Read_Byte(uint8_t ack)
{int i;uint8_t receive=0;SDA_IN();//SDA设置为输入for(i=7;i>=0;i--){IIC_SCL = 0;delay_us(2);IIC_SCL = 1;if(IIC_SDA)receive |= (1<<i);delay_us(1); }if (!ack)IIC_NAck();//发送nACKelseIIC_Ack(); //发送ACK return receive;
}//初始化IIC接口
void AT24C02_Init(void)
{IIC_Init();//IIC初始化
}
//在AT24C02指定地址写入一个数据
//WriteAddr :写入数据的目的地址 0~255
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24C02_WriteOneByte(uint16_t WriteAddr,uint8_t DataToWrite)
{ IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0XA0); //发送器件地址0XA0,写数据 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送要写入的地址IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节 IIC_Wait_Ack(); IIC_Stop();//产生一个停止条件 delay_ms(5);
}
//在AT24C02指定地址读出一个数据
//ReadAddr :开始读数的地址 0~255
//返回值 :读到的数据
uint8_t AT24C02_ReadOneByte(uint16_t ReadAddr)
{ uint8_t temp=0; IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0XA0); //发送器件地址0XA0,写数据 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReadAddr%256); //发送要读取的地址IIC_Wait_Ack(); IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0XA1); //进入接收模式 IIC_Wait_Ack(); temp=IIC_Read_Byte(0); IIC_Stop();//产生一个停止条件 return temp;
}//检查AT24C02是否正常
//这里用了2402的最后一个地址(255)来存储标志字.
//如果用其他24C系列,这个地址要修改
//返回1:检测失败
//返回0:检测成功
uint8_t AT24C02_Check(void)
{uint8_t temp;temp=AT24C02_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX if(temp==0XFF)return 0; else//排除第一次初始化的情况{AT24C02_WriteOneByte(255,0XFF);temp=AT24C02_ReadOneByte(255); if(temp==0X55)return 0;}return 1;
}
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