STM32F429 >> 12. I²C 通讯-电子工程世界

本工程板级支持包文件适用于野火stm32f429 开发板。

I²C 物理层

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一个I²C 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）。

I²C 协议层

1. I²C基本读写过程

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其中黑色表示数据由主机传输至从机。S 表示传输开始信号；SLAVE_ADDRESS 表示从机地址；

白色表示数据由从机传输至主机。R/W 表示传输方向选择位，1为读，0为写；A/A 表示应答（ACK）或非应答（NACK）信号；P 表示停止传输信号。

2. 通讯的起始和停止信号

起始信号：当SCL 线是高电平时SDA 线从高电平向低电平切换；

停止信号：当SCL 是高电平时SDA 线由低电平向高电平切换。

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3. 数据有效性

SCL 为高电平的时候SDA 表示的数据有效，

SCL 为低电平时，SDA 的数据无效，SDA 常在这时进行电平切换。

4. 地址及数据方向

总线上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。

I²C 协议规定设备地址可以是 7位或 10 位，实际中 7 位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/W)，第 8位或第 11 位。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。

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5. 响应

I²C 的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。

作为数据发送方，在发送完一个字节的数据后，在第九个时钟脉冲来临前释放SDA 线（电平拉高）。然后在第九个脉冲高电平期间读取SDA 电平高低，当其为高电平时，即为非应答信号；当为低电平时即为应答信号。

作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。

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STM32 的I²C 特性及架构

若直接控制 STM32的两个 GPIO 引脚，分别用作 SCL及 SDA，按照上述信号的时序要求，直接像控制 LED 灯那样控制引脚的输出(若是接收数据时则读取 SDA电平)，就可以实现 I2C 通讯。

同样，若按照 USART的要求去控制引脚，也能实现 USART通讯。

所以只要遵守协议，就是标准的通讯。

直接控制 GPIO 引脚电平产生通讯时序时，需要由 CPU 控制每个时刻的引脚状态，所以称之为“软件模拟协议”方式。

相对地，还有“硬件协议”方式，STM32 的 I²C 片上外设专门负责实现 I²C 通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。

STM32 的I²C 架构刨析

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通讯引脚

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时钟控制逻辑

数据控制逻辑

I²C 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。

若使能了数据校验，接收到的数据会经过 PCE计算器运算，运算结果存储在“PEC寄存器”中。

当 STM32 的 I²C 工作在从机模式的时候，接收到设备地址信号时，数据移位寄存器会把接收到的地址与 STM32的自身的“I²C 地址寄存器”的值作比较，以便响应主机的寻址。

STM32 的自身 I²C 地址可通过修改“自身地址寄存器”修改，支持同时使用两个 I²C 设备地址，两个地址分别存储在 OAR1和 OAR2中。

4. 整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个 I²C 外设，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 的工作状态了。

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)。

通讯过程

使用 I²C 外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器(SR1及 SR2)”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

主发送器

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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；

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；

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；

当我们发送数据完成后，控制 I²C 设备产生一个停止信号§，这个时候会产生EV2事件，SR1的 TXE位及 BTF位都被置 1，表示通讯结束。

若使能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。

主接收器

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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；

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。

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；

发送非应答信号后，产生停止信号§，结束传输。

EEPROM

这是本开发板上的EEPROM 硬件设计

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