STM32CubMX自学笔记（十）—IIC通信实验

I2C通信协议的简介

引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要外部收发设备，广泛用在多个集成电路通信。

物理层特点：

信号线SDA和时钟线SCL
1、支持多设备的总线，多个设备共用的信号线。
2、一条IIC只是用两条总线线路，一条双向串行数据线（SDA），一条串行时钟（SCL），数据线用来表示数据，时钟线用来数据收发同步。
3、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间的访问。
4、总线通过上拉电阻接到电源。当IIC设备空闲的时候输出高阻态，当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻拉成高电平。
5、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由哪个设备占用总线。线与的逻辑仲裁。
6、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 3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。
7、连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF限制。

IIC通信原理：

I2C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。

I2C基本读写过程

主机写数据到从机：

1、主机写数据到从机：

S：传输开始信号
SLAVE_ADDRESS: 从机地址
A/A：应答(ACK)或非应答(NACK)信号
A/A：应答(ACK)或非应答(NACK)信号

2、主机由从机中读数据：

S：传输开始信号
SLAVE_ADDRESS: 从机地址
A/A：应答(ACK)或非应答(NACK)信号

3、通讯复合格式：

S：传输开始信号
SLAVE_ADDRESS: 从机地址
A/A：应答(ACK)或非应答(NACK)信号

2、通讯的起始和停止信号：

1、当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。
2、当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。
3、起始和停止信号一般由主机产生。

软件模拟IIC软件实现：

起始信号

void IIC_Start(void)
{SDA_OUT();     //sda线输出IIC_SDA=1;       IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(4);IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}

停止信号

void IIC_Stop(void)
{SDA_OUT();//sda线输出IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to highdelay_us(4);IIC_SCL=1; delay_us(4);           IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
}

3、数据有效性

1、SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。
2、当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

4、地址及数据方向

1、I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。设备地址可以是7位或10位。
2、紧跟设备地址的一个数据位R/W用来表示数据传输方向，数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        u8 t;   SDA_OUT();         IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输for(t=0;t<8;t++){              IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;txd<<=1;      delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的IIC_SCL=1;delay_us(2); IIC_SCL=0;    delay_us(2);}
}

5.响应

传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。

代码实现：

//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
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{u8 ucErrTime=0;SDA_IN();      //SDA设置为输入  IIC_SDA=1;delay_us(1);    IIC_SCL=1;delay_us(1);   while(READ_SDA){ucErrTime++;if(ucErrTime>250){IIC_Stop();return 1;}}IIC_SCL=0;//时钟输出0       return 0;
}

产生ACK应答

//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=0;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;
}

不产生ACK应答

//不产生ACK应答
void IIC_NAck(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=1;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0;
}

CubMx配置硬件IIC：

主机特性：
1、快速模式
2、400KHz
3、快速模式的占空比配置 16/9
从机特性：
1、时钟延长不使能
2、地址长度配置为7位
3、从机地址 0
4、不生成广播地址

IIC的中断配置：

DMA通道的配置：

软件模拟IIC实现代码：

static void I2C_Mode_Config(void)
{I2C_Handle.Instance             = I2Cx;I2C_Handle.Init.AddressingMode  = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;I2C_Handle.Init.ClockSpeed      = 400000;I2C_Handle.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;I2C_Handle.Init.DutyCycle       = I2C_DUTYCYCLE_2;I2C_Handle.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;I2C_Handle.Init.NoStretchMode   = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;I2C_Handle.Init.OwnAddress1     = I2C_OWN_ADDRESS7 ;I2C_Handle.Init.OwnAddress2     = 0; /* Init the I2C */HAL_I2C_Init(&I2C_Handle); HAL_I2CEx_AnalogFilter_Config(&I2C_Handle, I2C_ANALOGFILTER_ENABLE);
}