STM32重难点-IIC原理及应用详细步骤

IIC概述

IIC介绍

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。是半双工通信方式。

IIC特性

相对于UART，IIC的优点在于可以一对多，缺点在于无论主从器件均不对消息进行确认。

模拟IIC优点是可以任意选择SDA和SCL，不受管脚限制而比较灵活。它的缺点是不可用DMA。

硬件IIC优点是可用DMA减轻CPU负担，速度也比模拟IIC快，但是实际调试时可能会出现死锁。

IIC时钟信号是由主控器件产生，所有接到IIC总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。对于并联在一条总线上的每个IC都有唯一的地址。

一般情况下，数据线SDA和时钟线SCL都是处于上拉电阻状态。因为：在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。

IIC各种状态解析

空闲状态

I2C总线总线的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。

开/起始信号（必须的）

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（边沿触发）时序信号，而不是一个 电平信号。

停止信号（非必须）

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。

应答信号（非必须）

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。

注：如图接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将数据线SDA拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。

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。

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。

IIC底层代码

IIC.h

#ifndef __IIC_H

#define __IIC_H

#include "stm32f4xx.h"

#include "sys.h"

#define SCL  PBout(8)

#define SDA_OUT  PBout(9)

#define SDA_IN  PBin(9)

void Iic_Init(void);

void AT24C02_Write(u8 addr, u8 *write_buf, u8 len);

void AT24C02_Read(u8 addr, u8 *read_buf, u8 len);

#endif

IIC.c

#include "iic.h"

#include "delay.h"

/*

引脚说明：

PB8 -- SCL

PB9 -- SDA

*/

void Iic_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; //引脚8 9

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; //输出模式

GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //快速

GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;     //上拉

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

//总线空闲

SCL = 1;

SDA_OUT = 1;

}

//SDA模式

void Iic_Sda_Mode(GPIOMode_TypeDef Mode)

{

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //引脚9

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = Mode;

GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //快速

GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;     //上拉

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

}

//开始信号

void Iic_Start(void)

{

Iic_Sda_Mode(GPIO_Mode_OUT);

//总线空闲

SCL = 1;

SDA_OUT = 1;

delay_us(5);

SDA_OUT = 0;

delay_us(5);

SCL = 0;  //钳住总线

}

//停止信号

void Iic_Stop(void)

{

Iic_Sda_Mode(GPIO_Mode_OUT);

SCL = 0;

SDA_OUT = 0;

delay_us(5);

SCL = 1;

delay_us(5);

SDA_OUT = 1;

}

//发送一位数据 

void Iic_Send_Ack(u8 ack)

{

Iic_Sda_Mode(GPIO_Mode_OUT);

SCL = 0;

//准备数据

//要发数据1

if(ack == 1)

{

SDA_OUT = 1; //引脚输1

}

//要发数据0

if(ack == 0)

{

SDA_OUT = 0; //引脚输0

}

delay_us(5);

SCL = 1;

delay_us(5);

SCL = 0;

}

//发一个字节

void Iic_Send_Byte(u8 data)

{

u8 i;

Iic_Sda_Mode(GPIO_Mode_OUT);

SCL = 0;

for(i=0; i<8; i++)

{

//准备数据 如数据 0x87 1 0 0 0 0 1 1 1 

if(data & (1<<(7-i)))  

{

SDA_OUT = 1; //引脚输1

}

//要发数据0

else

{

SDA_OUT = 0; //引脚输0

}

delay_us(5);

SCL = 1;

delay_us(5);

SCL = 0;

}

}

//接受一位数据

u8 Iic_Recv_Ack(void)

{

u8 ack = 0;

Iic_Sda_Mode(GPIO_Mode_IN);

SCL = 0;

delay_us(5);

SCL = 1;

delay_us(5);

if(SDA_IN == 1) //判断引脚电平是否为高电平

{

ack = 1;

}

if(SDA_IN == 0) //判断引脚电平是否为低电平

{

ack = 0;

}

SCL = 0;

return ack;

}

//接受一个字节

//表示读取一个字节之后，需要给对方应答信号或非应答信号。

u8 Iic_Recv_Byte(void)

{

u8 i, data = 0;  //0 0 0 0 0 0 0 0

Iic_Sda_Mode(GPIO_Mode_IN);

SCL = 0;

//循环8次，接受一个字节

for(i=0; i<8; i++)

{

delay_us(5);

SCL = 1;

delay_us(5);

if(SDA_IN == 1) //判断引脚电平是否为高电平

{

data |= (1<<(7-i));

}

SCL = 0;

}

return data;

}

24C02–EEPROM

简介

24C02是一个2K位串行CMOS 的EEPROM，内部含有256个8位字节。

与 400KHz I2C 总线兼容

1.8 到 6.0 伏工作电压范围

低功耗 CMOS 技术

写保护功能 当 WP 为高电平时进入写保护状态

页写缓冲器

自定时擦写周期

1,000,000 编程/擦除周期

可保存数据 100 年

8 脚 DIP SOIC 或 TSSOP 封装

温度范围 商业级 工业级和汽车级

本人所用的stm32f4：总容量是256（2K/8)个字节，接口：IIC

写入过程

发送器件地址（0XA0）

发送要写入24C02的内存地址

发送要写入的数据

高四位1010是24Cxx系列的固定器件地址，接下来是A2、A1、A0是根据器件连接来决定，我们的原理图都接地所以是000。R/W为是选择读还是写，1的时候是读，0的时候是写。所以写的地址为0xA0。

读出过程

发送写入的器件地址(0XA0)

发送要读的24C02的内存地址

发送读出的器件地址(0XA1)

读取数据

当读取的时候，地址的最后一位R/W为是选择读，也就是该位为1。所以读取的地址为0xA1。

24C02的读写代码

void AT24C02_Write(u8 addr, u8 *write_buf, u8 len)

{

u8 ack;

//开始信号

Iic_Start();

//发送设置地址，并执行写操作

Iic_Send_Byte(0xA0);

ack = Iic_Recv_Ack();

if(ack == 1)

{

printf("ack failuren");

Iic_Stop();

return;

}

//发送写数据的起始地址

Iic_Send_Byte(addr);

ack = Iic_Recv_Ack();

if(ack == 1)

{

printf("ack failuren");

Iic_Stop();

return;

}

while(len--)

{

//发送数据

Iic_Send_Byte(*write_buf);

ack = Iic_Recv_Ack();

if(ack == 1)

{

printf("ack failuren");

Iic_Stop();

return;

}

//地址加1

write_buf++;

}

Iic_Stop();

printf("write finishn");

}

void AT24C02_Read(u8 addr, u8 *read_buf, u8 len)

{

u8 ack;

//开始信号

Iic_Start();

//发送设置地址，并执行写操作

Iic_Send_Byte(0xA0);

ack = Iic_Recv_Ack();

if(ack == 1)

{

printf("ack failuren");

Iic_Stop();

return;

}

//发送读数据的起始地址

Iic_Send_Byte(addr);

ack = Iic_Recv_Ack();

if(ack == 1)

{

printf("ack failuren");

Iic_Stop();

return;

}

//开始信号

Iic_Start();

//发送设置地址，并执行读操作

Iic_Send_Byte(0xA1);

ack = Iic_Recv_Ack();

if(ack == 1)

{

printf("ack failuren");

Iic_Stop();

return;

}

while(len--)  //len = 5

{

// len 4 3 2 1 0

//接受数据

*read_buf = Iic_Recv_Byte();

//地址加1

read_buf++;

if(len > 0)

Iic_Send_Ack(0);

}

//发送非应答

Iic_Send_Ack(1);

Iic_Stop();

printf("read finishn");

}

IIC总结

进行数据传送时，在SCL为高电平期间，SDA线上电平必须保持稳定，只有SCL为低时，才允许SDA线上电平改变状态。并且每个字节传送时都是高位在前；

对于应答信号，ACK=0时为有效应答位，说明从机已经成功接收到该字节，若为1则说明接受不成功；

如果从机需要延迟下一个数据字节开始传送的时间，可以通过把SCL电平拉低并保持来强制主机进入等待状态；

主机完成一次通信后还想继续占用总线在进行一次通信，而又不释放总线，就要利用重启动信号。它既作为前一次数据传输的结束，又作为后一次传输的开始；

总线冲突时，按“低电平优先”的仲裁原则，把总线判给在数据线上先发送低电平的主器件；

在特殊情况下，若需禁止所有发生在I2C总线上的通信，可采用封锁或关闭总线，具体操作为在总线上的任一器件将SCL锁定在低电平即可；

SDA仲裁和SCL时钟同步处理过程没有先后关系，而是同时进行的。