STM32入门——IIC通讯
江科大STM32学习记录
I2C通信
- I2C（Inter IC Bus）是由Philips公司开发的一种通用数据总线
- 两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）
- 同步，半双工
- 带数据应答
- 支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）
硬件电路 - 所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起
- 设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式
- SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右
- *IIC的SCL和SDA要配置成开漏输出，开漏与弱上拉的模式
I2C时序基本单元
- 起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平
- 终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平
void myIIC_Start(void)//SCL高电平期间，sda产生一个下升沿
{
Set_SDA(1);
Set_SCL(1);
Set_SDA(0);
Set_SCL(0);
}
void myIIC_Stop(void)//SCL高电平期间，sda产生一个上升沿
{
Set_SCL(1);
Set_SDA(0);
Set_SDA(1);
}
I2C时序基本单元
- 发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节
void myIIC_SendByte(uint8_t Byte)//SCL低电平，主机把数据放到SDA线上，SCL高电平，从机读取SDA上的数据
{
uint8_t i;
for(i=0;i<8;i++){
Set_SDA(Byte & (0x80>>i));
Set_SCL(1);
Set_SCL(0);
}
}
I2C时序基本单元
- 接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）
uint8_t myIIC_ReceByte(void)//SCL低电平，从机把数据放到SDA线上，SCL高电平，主机读取SDA上的数据
{
uint8_t Rece_Byte = 0x00;
uint8_t i;
Set_SDA(1);//释放sda总线
for(i=0;i<8;i++){
Set_SCL(1);
if(Read_SDA() == 1){
Rece_Byte |= (0x80 >> i);
}
Set_SCL(0);
}
return Rece_Byte;
}
- 发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
- 接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）
void myIIC_SendACK(uint8_t AckBit)
{
Set_SDA(AckBit);
Set_SCL(1);
Set_SCL(0);
}
uint8_t myIIC_ReceACK(void)
{
uint8_t AckBit;
Set_SDA(1);//释放sda总线
Set_SCL(1);
AckBit = Read_SDA();
Set_SCL(0);
return AckBit;
}
I2C时序
- 指定地址写
- 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）
发送的第一个字节为从机地址加读写位，高七位为从机地址，最低位为读写位（0表示要写入；1表示要读出）
void Specify_Address_Write(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
myIIC_Start();
myIIC_SendByte(Slave);
myIIC_ReceACK();
myIIC_SendByte(RegAddress);
myIIC_ReceACK();
myIIC_SendByte(Data);
myIIC_ReceACK();
myIIC_Stop();
}
- 当前地址读
- 对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）
- 指定地址读
- 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，读取从机数据（Data）
uint8_t Specify_Address_Read(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress)
{
uint8_t temp;
myIIC_Start();
myIIC_SendByte(Slave);
myIIC_ReceACK();
myIIC_SendByte(RegAddress);
myIIC_ReceACK();
//上面为指定地址
myIIC_Start();//重复起始
myIIC_SendByte(Slave | 0x01);//低位1表示读操作
myIIC_ReceACK();
temp = myIIC_ReceByte();
myIIC_SendACK(1);//不应答
myIIC_Stop();
return temp;
MPU6050简介
- MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景
- 3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度
- 3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度
MPU6050参数 - 16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767
- 加速度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）
- 陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec）
- 可配置的数字低通滤波器
- 可配置的时钟源
- 可配置的采样分频
- I2C从机地址：1101000（AD0=0） 1101001（AD0=1）
硬件电路
MPU6050框图
案例：获取xyz加速度值和陀螺仪值
#include "MPU6050.h"
void MPU6050_Init(void)
{
myIIC_Init();
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_CONFIG,0x06);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);
}
uint8_t MCU6050_GetID(void)
{
return Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_WHO_AM_I);
}
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{
uint8_t data_H;
uint8_t data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
*AccX = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
*AccY = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
*AccZ = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_L);
*GyroX = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_L);
*GyroY = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
*GyroZ = (data_H<<8) | data_L;
}
#ifndef _MPU6050_H
#define _MPU6050_H
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "myIIC.h"
#define MPU6050_SMPLRT_DIV 0x19
#define MPU6050_CONFIG 0x1A
#define MPU6050_GYRO_CONFIG 0x1B
#define MPU6050_ACCEL_CONFIG 0x1C
#define MPU6050_ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define MPU6050_ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define MPU6050_ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define MPU6050_ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define MPU6050_ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define MPU6050_ACCEL_ZOUT_L 0x40
#define MPU6050_TEMP_OUT_H 0x41
#define MPU6050_TEMP_OUT_L 0x42
#define MPU6050_GYRO_XOUT_H 0x43
#define MPU6050_GYRO_XOUT_L 0x44
#define MPU6050_GYRO_YOUT_H 0x45
#define MPU6050_GYRO_YOUT_L 0x46
#define MPU6050_GYRO_ZOUT_H 0x47
#define MPU6050_GYRO_ZOUT_L 0x48
#define MPU6050_PWR_MGMT_1 0x6B
#define MPU6050_PWR_MGMT_2 0x6C
#define MPU6050_WHO_AM_I 0x75
#define MPU6050_Address 0xD0
void MPU6050_Init(void);
uint8_t MCU6050_GetID(void);
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);
#endif
硬件I2C通信
- STM32内部集成了硬件I2C收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、数据收发等功能，减轻CPU的负担
- 支持多主机模型
- 支持7位/10位地址模式
- 支持不同的通讯速度，标准速度(高达100 kHz)，快速(高达400 kHz)
- 支持DMA
- 兼容SMBus协议
- STM32F103C8T6 硬件I2C资源：I2C1、I2C2
I2C框图
I2C基本结构
主机发送
//超时退出机制
uint8_t Check_Timeout(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
uint32_t time = 5000;
while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT) != SUCCESS){
time -- ;
if(time == 0){
return Timeout;
}
}
return SUCCESS;
}
void Specify_Address_Write(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);
I2C_SendData(I2C2,Data);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}
主机接收
uint8_t Specify_Address_Read(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress)
{
uint8_t ReceData;
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Receiver);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);
I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);
ReceData = I2C_ReceiveData(I2C2);
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);
return ReceData;
}
软件/硬件波形对比
硬件I2C相关寄存器
硬件I2C读取MPU6050数据
#include "I2C.h"
void I2C_init(void)
{
//开启时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//GPIO初始化
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;//复用开漏模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11);
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//指定I2C模式。
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 200000;//指定时钟频率
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//作为从机地址为7位
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;//作为从机自身地址
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//指定I2C快速模式占空比
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;
I2C_Init(I2C2,&I2C_InitStructure);
I2C_Cmd(I2C2,ENABLE);
}
//超时退出机制
uint8_t Check_Timeout(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
uint32_t time = 5000;
while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT) != SUCCESS){
time -- ;
if(time == 0){
return Timeout;
}
}
return SUCCESS;
}
void Specify_Address_Write(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);
I2C_SendData(I2C2,Data);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}
uint8_t Specify_Address_Read(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress)
{
uint8_t ReceData;
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Receiver);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);
//接收的最后一个字节之前就要不应答和发送终止信号
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);
I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);//接收到事件后一个字节就传到DR寄存器了
ReceData = I2C_ReceiveData(I2C2);
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);
return ReceData;
}
void MPU6050_Init(void)
{
I2C_init();
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_CONFIG,0x06);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);
Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);
}
uint8_t MCU6050_GetID(void)
{
return Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_WHO_AM_I);
}
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{
uint8_t data_H;
uint8_t data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
*AccX = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
*AccY = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
*AccZ = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_L);
*GyroX = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_L);
*GyroY = (data_H<<8) | data_L;
data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
*GyroZ = (data_H<<8) | data_L;
}