STM32（五）IIC通信原理及IO口软件模拟编程

一、IIC概述

        I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit),两线式串行总线,由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备。

       它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。

       IIC是半双工通信方式。

       多主机I2C总线系统结构：

二、I2C协议

1、空闲状态

        I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。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

        当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；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

        当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，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。 

        对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

5、数据的有效性

        I2C总线进行数据传送时，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。 

即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定。

6、数据传输

        在I2C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。

        ALIENTEK MiniSTM32 开发板板载的 EEPROM 芯片型号为 24C02。该芯片的总容量是 256个字节，该芯片通过 IIC 总线与外部连接。

       目前大部分 MCU 都带有 IIC 总线接口，STM32 也不例外。但是这里我们不使用 STM32的硬件 IIC 来读写 24C02，而是通过软件模拟。STM32 的硬件 IIC 非常复杂，更重要的是不稳定，故不推荐使用。

     本章实验功能简介：开机的时候先检测24C02是否存在，然后在主循环里面检测两个按键，其中 1 个按键（WK_UP）用来执行写入 24C02 的操作，另外一个按键（KEY0）用来执行读出操作，在 TFTLCD 模块上显示相关信息。同时用 DS0 提示程序正在运行。

    24C02 的 SCL 和 SDA 分别连在 STM32 的 PC12 和 PC11 上。

三、代码驱动

//打开 myiic.c 文件，代码如下：

#include "myiic.h"

#include "delay.h"

//初始化IIC

void IIC_Init(void)

{      

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

//RCC->APB2ENR|=1<<4;//先使能外设IO PORTC时钟 

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE );

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_11;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=1;

}

//产生IIC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 

}   

//产生IIC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 high

  delay_us(4);

IIC_SCL=1; 

IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号

delay_us(4);    

}

//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

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     

void IIC_NAck(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}      

//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);

    }  

}     

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

unsigned char i,receive=0;

SDA_IN();//SDA设置为输入

    for(i=0;i<8;i++ )

{

        IIC_SCL=0; 

        delay_us(2);

IIC_SCL=1;

        receive<<=1;

        if(READ_SDA)receive++;   

delay_us(1); 

    }  

    if (!ack)

        IIC_NAck();//发送nACK

    else

        IIC_Ack(); //发送ACK   

    return receive;

}

//打开 myiic.h 文件，代码如下：

//该部分为 IIC 驱动代码:

//实现包括 IIC 的初始化（IO 口）、IIC 开始、IIC 结束、ACK、IIC读写等功能

//在其他函数里面，只需要调用相关的 IIC 函数就可以和外部 IIC 器件通信了

//头文件 myiic.h 的代码，里面有两行代码为直接通过寄存器操作设置 IO 口的模式为输入还是输出

//代码如下：

#define SDA_IN() {GPIOC->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOC->CRH|=8<<12;}

#define SDA_OUT() {GPIOC->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOC->CRH|=3<<12;}

//完整代码如下：

#ifndef __MYIIC_H

#define __MYIIC_H

#include "sys.h"

//IO方向设置

#define SDA_IN()  {GPIOC->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOC->CRH|=8<<12;}

#define SDA_OUT() {GPIOC->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOC->CRH|=3<<12;}

//IO操作函数  

#define IIC_SCL    PCout(12) //SCL

#define IIC_SDA    PCout(11) //SDA  

#define READ_SDA   PCin(11)  //输入SDA 

//IIC所有操作函数

void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口  

void IIC_Start(void); //发送IIC开始信号

void IIC_Stop(void);   //发送IIC停止信号

void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节

u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号

void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号

void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);

u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);   

#endif