stm32之IIC总线概述

1.IIC通信协议定义

IIC通讯协议(Inter----Integrted Circuit)是由Phiips飞利浦公司开发的，

由于他引脚少，硬件实现简单，可拓展性强，不需要UASRT,CAN通讯协议的外部收发设备，现在被广泛使用在系统内多个集成电路IC（芯片）间的通讯。

2.通信方式

半双工的通讯方式

3.内部结构

他是一个支持多设备的总线。”总线”指多个设备共用的信号线，在一个IIC通讯总线中，可连接多个IIC通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
一个IIC总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA),一条串行时钟线(SCL)。数据线即用来表示数据，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，主机可以利用这个地址进行不同设备直接的访问。

4.硬件特点

总线通过上拉电阻接到电源。当IIC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，由上拉电阻把总线拉成高电平。

    说明：多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定哪个设备占用总线。

5.输出模式

具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s，快速模式为400kbit/s，高速模式下可达3.4M/s，但目前大多IIC设备尚不支持高速模式。

6.类型

硬件IIC：对应芯片上的IIC外设，有相对应的IIC驱动电路，其所使用的IIC管教也是专用的；
特点：硬件IIC用法复杂，硬件IIC速度比模拟快，硬件IIC在固定管脚上，并且可以用DMA
硬件IIC的效率要远高于软件的，而软件IIC不受引脚限制，接口比较灵活。

软件IIC：一般是用GPIO管教，用软件控制管脚状态以及模拟IIC通信波形；
特点：  软件IIC是通过GPIO，软件模拟寄存器的工作方式，而硬件IIC是直接调用内部寄存器进行配置。如果要从具体硬件上来看，可以去看下芯片手册。因为固件IIC的端口是固定的，所以会有所区别。模拟IIC流程更加清楚，硬件IIC速度比模拟快，并且可以用DMA模拟，IIC可以在任何管脚上。

7.总线协议层内容

IIC的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。
1，IIC基本读写过程
主机写数据到从机

S：数据由主机传输至从机 p ：数据传输结束
SLAVE ADDRESS : 从机地址
rw：起始信号产生后，所有从机就开始紧接下来广播的从机地址信号。IIC总线，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备的地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备讲会忽略之后的数据信号。根据IIC协议，这个从机地址可以是7位或10位。

A/A: 地址位之后，传输方向选择位，为0：表示数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。为1：则相反。从机接收传输方向选择位后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

配置方向传输位为”读数据”方向。广播完地址后，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据(DATA),数据包大小也为8位，从机每发送完一个数，都会等待主机的应答信号(ACK),重复这个过程，可以返回N个数据，N没有限制大小。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NCAK)，则从机自动停止数据传输。

复合格式：该传输过程有两次起始信号(S),在第一次传输过程中，主机通过SLAVE_ADDRESS寻找到从设备后，发送一段”数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址；第二次传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

8.通信概念说明

① 空闲状态
IIC总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定位总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
②开始信号
起始信号：当SCL为高电平期间，SDA有高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
③停止信号
停止信号：当SCL为高电平期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种高电平跳变时序信号，而不是一个电平信号

④应答信号
发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位(ACK简称应答位)
表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收器接收该字节没有成功。

⑤数据的有效性
IIC总线进行数据传输时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。

即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在下降沿到来之前必须稳定

⑥数据传输
在IIC总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应(或同步控制)，即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。

9.STM32的IIC特性及架构

·通讯引脚
·时钟控制逻辑
·数据控制逻辑
·整体控制逻辑

1.通讯引脚
STM32芯片有多个IIC外设，它们的IIC通讯信号引出到不同的GPIO引脚上，使用时必须配置这些指定的引脚。

2.时钟控制逻辑
SCL线的时钟信号，由IIC接口根据时钟控制寄存器（CCR）控制，控制的参数主要位时钟频率。

·可选择IIC通讯的“标准/快速”模式，这两个模式分别对应100/400Kbits/s的通讯速率。

·在快速模式下可选择SCL时钟的占空比，可选T(low)/T(high) = 2或T(low)/T(high)=16/9模式。

·CCR寄存器中12位的配置因子CCR，它与IIC外设的输入时钟源共用作用，产生SCL时钟。STM32的IIC外设输入时钟源位PCKL1

计算时钟频率
标准模式
T high = CCR T pckl1 T low= CCRTpclk1
快速模式中 Tlow/Tlow =2时：
Thigh = CCRTpckl1 T low = 2lowTpckl1
快速模式中 Tlow/Tlow =16/9时：
Thigh = 9CCRTpckl1 T low = 16low*Tpckl1
PCLK1 = 36MHz

想要配置400Kbits/s 方法：
PCLK时钟周期： TPCLK1 = 1/36 000 000
目标SCL时钟周期： TSCL = 1/400 000
SCL时钟周期内的高电平时间： Thigh = TSCL/3
SCL时钟周期内的低电平时间： Tlow = 2*TSCL/3
计算CCR的值： CCR = THIGH/TPCLK1 = 30
计算出来的值写入到寄存器即可

3.数据控制逻辑
IIC的SDA信号主要连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源及目标是数据寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA数据线。

·当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“数据寄存器”为数据源，把数据一位一位地通过SDA信号线发送出去。
·当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把SDA信号线采样到的数据一位一位地存储到”数据寄存器”中。

10.STM32的IIC的通讯过程

使用IIC外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对”状态寄存器(SR1和SR2)”的不同数据位写入参数，通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

1.主发送器

·控制产生起始信号(S)，当发生起始信号后，它产生事件”EV5”,并会对SR1寄存器的 SB 位置1，表示起始信号已经发生。
·发生设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生时间 EV6 及 EV8 ，这时SR1寄存器的 ADDR位及 TXE位被置1，ADDR位1 表示地址已经发送，TEX表示数据寄存器为空。

·往IIC的数据寄存器DR写入要发送的数据，这时TXE位会被充值0，表示数据寄存器非空，IIC外设通过SDA信号线一位位把数据发送出去后，又会产生EV8事件，即TXE被置1，重复这个过程，可发送多个字节。
·发送数据完成后，控制IIC设备产生一个停止信号P，这个时候产生EV2事件，SR1的TEX位及BTF位被置1，表示通讯结束。

11.STM32的IIC结构体

typedef struct
{uint32_t I2C_ClockSpeed;     //设置SCL时钟频率，此值要低于400 000                                              uint16_t I2C_Mode;             //指定工作模式，可选IIC模式及SMBUS模式uint16_t I2C_DutyCycle;       //时钟占空比，可选low/high = 2:0或16：9uint16_t I2C_OwnAddress1;  //自身的IIC设备地址   uint16_t I2C_Ack;                //使能或者关闭响应，一般是使能uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; //指定地址长度，可为7或10
}I2C_InitTypeDef;

uint32_t I2C_ClockSpeed; //设置SCL时钟频率，此值要低于400 000

·I2C_ClockSpeed

   设置IIC的传输速率，在调用初始化函数时，函数会根据我们输入的数值经过运算后把时钟因子写入到IIC的时钟控制寄存器CCR。而我们写入的这个参数值不得高于400Khz.实际上由于CCR寄存器不能写入小数类型的时钟因子，影响到SCL的实际频率可能会低于本成员设置的参数值，这时除了通讯会稍微慢点以外，不会对IIC的标准通讯造成其他影响。·I2C_ClockSpeed设置IIC的传输速率，在调用初始化函数时，函数会根据我们输入的数值经过运算后把时钟因子写入到IIC的时钟控制寄存器CCR。而我们写入的这个参数值不得高于400Khz.实际上由于CCR寄存器不能写入小数类型的时钟因子，影响到SCL的实际频率可能会低于本成员设置的参数值，这时除了通讯会稍微慢点以外，不会对IIC的标准通讯造成其他影响。

uint16_t I2C_Mode; //指定工作模式，可选IIC模式SMBUS模式
·I2C_Mode

   选择IIC的使用方式，有IIC模式（IIC_Mode_IIC）和SMBus主、从模式(IIC_Mode_SMBusHost、IIC_Mode_SMBusDevice)IIC不需要在此处区分主从模式，直接设置IIC_Mode_IICj即可uint16_t I2C_DutyCycle; //时钟占空比，可选low/high = 2:0或16：9I2C_DutyCycle  设置IIC的SCL线时钟的占空比。该配置有两个选择，分别为低电平时间比高电平时间为2：1(IIC_DutyCycle_2)和16：9

（IIC_DutyCycle_16_9）.

   其实这两个模式的比例差别并不大，一般要求都不会如此严格，这里随便选就可以了。uint16_t I2C_OwnAddress1;  //自身的IIC设备地址·I2C_OwnAddress1  配置STM32的IIC设备自己的地址，每个连接到IIC总线上的设备都有一个自己的地址，作为主机也不例外。地址可以设置为7位或10位（受下面IIC_AcknowledgeAddress成员决定），只要该地址是IIC总线上唯一的即可。STM32的IIC外设可同时使用两个地址，即同时对两个地址作出响应，这个结构体成员IIC_OwnAddress1配置的是默认的，OAR1寄存器存储的地址，若需要设置第二个地址寄存器OAR2,可使用

IIC_OwmAddress2Conig函数来配置，OAR2不支持10位地址。
uint16_t I2C_Ack; //使能或者关闭响应，一般是使能
·I2C_Ack

  配置IIC应答是否使能，设置位使能则可以发送响应信号，一般配置位允许应答(IIC_Ack_Enable),这是绝大多数遵循IIC标准的设备的通讯要求，改为禁止应答（IIC_Ack_Disable）往往会导致通讯错误。     uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; //指定地址长度，可为7或10

·I2C_AcknowledgedAddress

 选择IIC的寻址模式是7位或者是10位地址，这需要根据实际连接到IIC总线上设备的地址进行选择，这个成员的配置也影响到IIC_OwnAddress成员，只有这里设置成10位模式时，IIC_OwnAddress1才支持10位地址配置完这些结构体成员的值，调用库函数IIC_Init就可以把结构体的配置写入到对应的寄存器中了。
·void I2C_OwnAddress2Config(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address);                      //配置自身设备地址2

·void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction); //发送设备地址

·uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx);//接收数据

·void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //停止接收

·void I2C_Cmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
//IIC外设开始正常工作

12.OLED屏幕

定义
OLED即有机发光管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低功耗、极高反应速度、可用于绕曲性面板、使用温度范围广、构造及制程简单等有点，被认为是下一代的平面显示屏新兴应用技术。
· OLED显示和传统的LCD显示不同，其可以自发光，所以不需要背光灯，这使得OLED显示屏相对于LCD显示屏尺寸更薄，同时显示效果更优。

特点
常用的OLED屏幕有蓝色、黄色、白色等几种。屏的大小为0.96寸，像素点为
128*64，所以我们称为0.96oled屏或者12864屏。
1.模块尺寸：23.7 *23.8mm
2.电源电压：3.3-5.5V
3.驱动芯片：SSD1306
4.测试平台：提供 k60/k10,9s12XS128,51,stm32，stm8等单片机

原理
STM32内部建立一个缓存(共128*8个字节），每次修改的时候，只是修改STM32上的缓存(实际上就是SRAM)，修改完后一次性把STM32上的缓存数据写入到OLED的GRAM。

  这个方法也有坏处，对于SRAM很小的单片机（51系列）就比较麻烦。

OLED屏幕常用指令

OLED屏幕显存
OLED本身是没有显存的，他的现存是依赖SSD1306提供的，而SSD1306提供一块显存。
SSD1306显存总共为128*64bit大小，SSD1306将这些显存分成了8页。每页包含了128个字节。