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STM32——硬件和软件I2C协议

2019-07-10来源: eefocus关键字:STM3  硬件  软件  I2C协议

I2C协议

I2C 通讯协议(Inter-Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的,由于它引脚少,硬件实现简单,可扩展性强,不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备,现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。


对于通讯协议,我们以分层的方式来理解,最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性,确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑,统一收发双方的数据打包、解包标准。 


 I2C 物理层


物理层的特点


支持多个通讯主机和多个通信从机。

使用两条线 时钟线(SCL)和数据线(SDA)。

每个连接到总线的设备都有独立的地址。

总线通过上拉电阻接到电源。

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。

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,目前大多 I 2 C 设备不支持高速模式。

连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制 。

I2C协议层


    起始信号 :当SCL高电平期间,SDA的下降沿为起始信号;

    停止信号 :当SCL高电平期间,SDA的上升沿为停止信号;

    应答信号 :在数据传输完成后第九个时钟脉冲(SCL)期间,SDA为低电平,则为应答信号;

    非应答信号: 在数据传输完成后第九个时钟脉冲(SCL)期间,SDA为高电平,则为非应答信号;

    STM32的硬件I2C


    I2C输出引脚,应配置为复用开漏输出。

    控制通信的频率,标准模式100KHZ,快速模式400KHZ,快速模式下可以选择SCL时钟的占空比,STM32的I2C在APB1总线上。

    数据逻辑控制,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。

    整体控制逻辑,控制逻辑的工作模式根据我们配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的参数而改变。在外设工作时,控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器(SR1 和 SR2)”,我们只要读取这些寄存器相关的寄存器位,就可以了解 I2C的工作状态。除此之外,控制逻辑还根据要求,负责控制产生 I2C中断信号、DMA请求及各种 I2C的通讯信号(起始、停止、响应信号等)。


    主发送器发送流程及事件说明如下:

    (1) 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送;

    (2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号,若有从机应答,则产生事件“EV6”及

    “EV8”,这时 SR1 寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置 1,ADDR 为 1 表

    示地址已经发送,TXE 为 1表示数据寄存器为空;

    (3) 以上步骤正常执行并对 ADDR 位清零后,我们往 I2C 的“数据寄存器 DR”写入

    要发送的数据,这时 TXE 位会被重置 0,表示数据寄存器非空,I2C 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 位被置 1,

    重复这个过程,就可以发送多个字节数据了;

    (4) 当我们发送数据完成后,控制 I2C 设备产生一个停止信号(P),这个时候会产生

    EV8_2事件,SR1的 TXE 位及 BTF 位都被置 1,表示通讯结束。


    假如我们使能了 I2C 中断,以上所有事件产生时,都会产生 I2C 中断信号,进入同一个中断服务函数,到 I2C中断服务程序后,再通过检查寄存器位来判断是哪一个事件。



    主接收器接收流程及事件说明如下:

    (1) 同主发送流程,起始信号(S)是由主机端产生的,控制发生起始信号后,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送;

    (2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号,若有从机应答,则产生事件“EV6”这时

    SR1寄存器的“ADDR”位被置 1,表示地址已经发送。

    (3) 从机端接收到地址后,开始向主机端发送数据。当主机接收到这些数据后,会产

    生“EV7”事件,SR1 寄存器的 RXNE 被置 1,表示接收数据寄存器非空,我们

    读取该寄存器后,可对数据寄存器清空,以便接收下一次数据。此时我们可以控

    制 I2C 发送应答信号(ACK)或非应答信号(NACK),若应答,则重复以上步骤接收

    数据,若非应答,则停止传输;

    (4) 发送非应答信号后,产生停止信号(P),结束传输。

    在发送和接收过程中,有的事件不只是标志了我们上面提到的状态位,还可能同时标

    志主机状态之类的状态位,而且读了之后还需要清除标志位,比较复杂。我们可使用

    STM32标准库函数来直接检测这些事件的复合标志,降低编程难度。


    软件模拟I2C

    stm32的硬件IIC一直是令人诟病的地方,以至于很多情况下我们不得不选择使用模拟IIC的方式来在stm32上进行iic通讯。 


    软件模拟I2C简单方便,不必为繁琐的事件检测而费心。


    起始信号 :当SCL高电平期间,SDA的下降沿为起始信号;

    停止信号 :当SCL高电平期间,SDA的上升沿为停止信号;

    应答信号 :在数据传输完成后第九个时钟脉冲(SCL)期间,SDA为低电平,则为应答信号;

    非应答信号: 在数据传输完成后第九个时钟脉冲(SCL)期间,SDA为高电平,则为非应答信号;

    部分通信逻辑

    起始信号


    //起始信号

    void iic_start()

    {

    SCL_1

    SDA_1

    iic_delay();   //简单的延时函数

    SDA_0

    iic_delay();

    SCL_0

    iic_delay();

    }

    停止信号


    //结束信号

    void iic_stop()

    {

    SDA_0

    SCL_1

    iic_delay();

    SDA_1

    }

    应答信号


    //应答信号

    void iic_ack()

    {

    SDA_0

    iic_delay();

    SCL_1

    iic_delay();

    SCL_0

    iic_delay();

    SDA_1

    }

    非应答信号


    //非应答信号

    void iic_nack()

    {

    SDA_1

    iic_delay();

    SCL_1

    iic_delay();

    SCL_0

    iic_delay();

    }



    关键字:STM3  硬件  软件  I2C协议

    编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic467304.html
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