模拟i2c实现流程

首先,在理论上,先分析一下I2C具体都包含了那些内容,后面再结合实例分析一下模拟I2C实现的具体流程

第一,I2C的具体包括以下几部分内容
1、I2C协议
2条双向串行线,一条数据线SDA,一条时钟线SCL。
SDA传输数据是大端传输,每次传输8bit,即一字节。
支持多主控(multimastering),任何时间点只能有一个主控。
总线上每个设备都有自己的一个addr,共7个bit,广播地址全0.
系统中可能有多个同种芯片,为此addr分为固定部分和可编程部份,细节视芯片而定,看datasheet。

2、I2C位传输
发送数据位:SCL=0,SDA=0或SDA=1,SCL=1
读取数据位: SCL=0,SCL=1,读取SDA数据
注意:SCL=0时,SDA线才能改变传输的bit

3、I2C开始和结束信号
开始信号:SCL=1时,SDA由1->0,开始传送数据。
结束信号:SCL=1时,SDA由0->1,结束传送数据。

4、I2C应答信号
Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。
即在第9个clock,若从IC发ACK,SDA=0。
若没有ACK,SDA=1,这会引起Master发生RESTART或STOP流程

5、I2C写流程
写寄存器的标准流程为:
1. Master发起START
2. Master发送I2C addr(7bit)和w操作0(1bit),等待ACK
3. Slave发送ACK
4. Master发送reg addr(8bit),等待ACK
5. Slave发送ACK
6. Master发送data(8bit),即要写入寄存器中的数据,等待ACK
7. Slave发送ACK
8. 第6步和第7步可以重复多次,即顺序写多个寄存器
9. Master发起STOP

6、I2C读流程
读寄存器的标准流程为:
1. Master发送I2C addr(7bit)和w操作1(1bit),等待ACK
2. Slave发送ACK
3. Master发送reg addr(8bit),等待ACK
4. Slave发送ACK
5. Master发起START
6. Master发送I2C addr(7bit)和r操作1(1bit),等待ACK
7. Slave发送ACK
8. Slave发送data(8bit),即寄存器里的值
9. Master发送ACK
10. 第8步和第9步可以重复多次,即顺序读多个寄存器

第二,下面以实际的代码分析一下

// SDA on port B, bit 14
#define SDA_LOW()  {PBout(9)=0;} 
#define SDA_OPEN() {PBout(9)=1;} 
#define SDA_READ   PBin(9)   

// SCL on port B, bit 13       
#define SCL_LOW()  {PBout(8)=0;} 
#define SCL_OPEN() {PBout(8)=1;} 
#define SCL_READ   PBin(8)    

static etError I2c_WaitWhileClockStreching(u8 timeout);

//-----------------------------------------------------------------------------
void I2c_Init(void)                     
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();


    SDA_OPEN();
    SCL_OPEN(); 

    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9; //PB13
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_OD;  //推挽输出
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;     //高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);     //初始化
}

typedef enum{
  ACK  = 0,
  NACK = 1,
}etI2cAck;

typedef enum{
  NO_ERROR       = 0x00,
  ACK_ERROR      = 0x01, 
  TIMEOUT_ERROR  = 0x02, 
}etError;

static etError Simulate_I2c_WaitWhileClockStreching(u8 timeout)
{
  etError error = NO_ERROR;

  while(SCL_READ == 0)
  {
    if(timeout-- == 0) return TIMEOUT_ERROR;
    DelayMicroSeconds(1000);//延时以us为单位
  }

  return error;
}

//-----------------------------------------------------------------------------
//开始信号:SCL为高电平时,SDA 由1->0,开始传送数据。
void Simulate_I2c_StartCondition(void)
{
  SDA_OPEN();//SDA高         SDA = 1
  DelayMicroSeconds(1);
  SCL_OPEN();//SCL高 SCL = 1
  DelayMicroSeconds(1);
  SDA_LOW();//SDA低          SDA = 0
  DelayMicroSeconds(10);   // hold time start condition (t_HD;STA)     根据datasheet的communication Timing

  SCL_LOW(); //重新把SCL拉低 恢复默认状态
  DelayMicroSeconds(10);
}

//结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。
//-----------------------------------------------------------------------------
void Simulate_I2c_StopCondition(void)
{
  SCL_LOW();//先把SCL拉低
  DelayMicroSeconds(1);

  SDA_LOW();//SDA为低          SDA = 0;
  DelayMicroSeconds(1); 
  SCL_OPEN();//SCL为高 SCL = 1
  DelayMicroSeconds(10);  // set-up time stop condition (t_SU;STO)   根据datasheet的communication Timing
  SDA_OPEN();//SDA为高         SDA = 1
  DelayMicroSeconds(10);
}

//SCL为低的时候,允许SDA数据线发生变化 SCL为高的时候 进行数据写入
//-----------------------------------------------------------------------------
etError Simulate_I2c_WriteByte(u8 txByte)
{
  etError error = NO_ERROR;
  u8     mask;

  for(mask = 0x80; mask > 0; mask >>= 1)
  {
    if((mask & txByte) == 0) 
    {
        SDA_LOW(); 
    }
    else                    
    {
        SDA_OPEN();
    }

     //等待数据稳定  
    DelayMicroSeconds(1);            
    //拉高SCL  发送数据
    SCL_OPEN();                       
    //等待数据发送完成
    DelayMicroSeconds(5);                      

    //重新把SCL拉低,SCL为低电平时,SDA线才能改变传输的bit   
    SCL_LOW();
    DelayMicroSeconds(1);           
  }

  //读取ACK
  SDA_OPEN();                      
  SCL_OPEN();                      
  //等ACK返回
  DelayMicroSeconds(1);             
/*
   Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。
   即在第9个clock,若从IC发ACK,SDA会被拉低。
   若没有ACK,SDA会被置高,这会引起Master发生RESTART或STOP流程
*/  
//读取ACK
  if(SDA_READ) error = ACK_ERROR;       

  //恢复SCL为低
  SCL_LOW();

  DelayMicroSeconds(20);         

  return error;               
}

//SCL为低的时候,允许SDA数据线发生变化 SCL为高的时候 进行数据读取
//-----------------------------------------------------------------------------
etError Simulate_I2c_ReadByte(u8 *rxByte, etI2cAck ack, u8 timeout)
{
  etError error = NO_ERROR;
  u8 mask;
  *rxByte = 0x00;

  SDA_OPEN();                         
  //SCL_LOW();                           

  for(mask = 0x80; mask > 0; mask >>= 1) 
  { 
     //拉高SCL
    SCL_OPEN();                      

    //确定并等待SCL被拉高
    DelayMicroSeconds(1);             
    //确认SCL是否被拉高
    error = I2c_WaitWhileClockStreching(timeout);
    //等待SCL稳定为高电平
    DelayMicroSeconds(3);           

    //待SCL拉高后读取数据
    if(SDA_READ) *rxByte |= mask;       
    //重新拉低SCL,因为SCL为低电平时,SDA线才能改变传输的bit
    SCL_LOW();
    DelayMicroSeconds(1);      //  等待下一bit的数据稳定
  }

  //如果需要发送ACK
  if(ack == ACK) 
  {
    SDA_LOW();//读取数据完成后 发送ACK给器件
  }          
  else  
  {         
    SDA_OPEN();
  }
  //把ACK发送出去
  DelayMicroSeconds(1);               
  SCL_OPEN();                           
  DelayMicroSeconds(5);           
  SCL_LOW();  
  SDA_OPEN();                       
  DelayMicroSeconds(20);               

  return error;                         
}

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