STM32的IIC应用详解1

概要

IIC（IIC，inter-Integrated circuit）,两线式串行总线，用于MCU和外设间的通信。 
IIC只需两根线：数据线SDA和时钟线SCL。以半双工方式实现MCU和外设之间数据传输，速度可达400kbps。

多主机I2C总线结构

注意SDA和SCL两根总线需要上拉，使总线处于空闲状态。

IIC协议

空闲状态

协议规定，SDA和SCL同时为高电平时，总线处于空闲状态。上拉电阻保证电平处于高电平。

起始信号和停止信号

起始信号：SCL为高电平时，SDA电平发生高到低的跳变 
停止信号：SCL为高电平时，SDA电平发生低到高的跳变

应答信号

发送器每发送完一个字节（8个脉冲），在第9个脉冲间释放总线，接收器返回一个ACK信号，协议规定，低电平为有效应答，高电平为无效应答。

数据有效性

协议对有效数据进行了规定：即时钟信号为高电平期间，数据必须保持稳定，时钟信号低电平期间，数据线上的电平才允许变化。也就是说，数据在时钟信号到来前必须准备好，并保持到时钟信号的下降沿之后。

数据传输

I2C为同步传输，时钟控制数据位的传输，边沿触发。

驱动程序

直接引用实验中的代码。测试没问题。

起始信号

//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 
}   

停止信号

//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);                                
}

有效应答

//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;
}

无效应答

//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;
}   

发送单字节

//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);
    }    
} 

接收单字节

//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;
}

EEPROM

24C02为IIC接口，容量为256字节。

封装如下图：

管脚定义：

设备地址的高四位固定，中间为地址线定义的地址，最后一位为读写位。 
由于A0,A1,A2设置为0，所以 
读的时候：Device Address = 0xA1; 
写的时候：Device Address = 0xA0;

24C02字节写时序

1. 起始信号
2. 写设备地址，Device Address = 0xA0;
3. 等待应答
4. 确定写入的EEPROM地址即WORD ADDRESS
5. 等待应答
6. 向SDA数据线上写入数据DATA
7. 等待应答
8. 停止信号

//在AT24CXX指定地址写入一个数据
//WriteAddr  :写入数据的目的地址    
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{                                                                                            
    IIC_Start();  
    if(EE_TYPE>AT24C16)
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0);        //发送写命令
        IIC_Wait_Ack();
        IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址   
    }else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据   
    IIC_Wait_Ack();    
    IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送低地址
    IIC_Wait_Ack();                                                        
    IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节                             
    IIC_Wait_Ack();                    
    IIC_Stop();//产生一个停止条件 
    delay_ms(10);    
}

24C02字节读时序

1. 起始信号
2. 写设备地址，Device Address = 0xA0;
3. 等待应答
4. 确定写入的EEPROM地址即WORD ADDRESS
5. 等待应答
6. 起始信号
7. 读设备地址，Device Address = 0xA1;
8. 等待应答
9. 读SDA上数据
10. 等待应答
11. 停止信号

//在AT24CXX指定地址读出一个数据
//ReadAddr:开始读数的地址  
//返回值  :读到的数据
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{                 
    u8 temp=0;                                                                               
    IIC_Start();  
    if(EE_TYPE>AT24C16)
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0);       //发送写命令
        IIC_Wait_Ack();
        IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址      
    }else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据      
    IIC_Wait_Ack(); 
    IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   //发送低地址
    IIC_Wait_Ack();     
    IIC_Start();           
    IIC_Send_Byte(0XA1);           //进入接收模式            
    IIC_Wait_Ack();  
    temp=IIC_Read_Byte(0);         
    IIC_Stop();//产生一个停止条件       
    return temp;
}

参考

STM32F3与 F4 系列 Cortex M4 内核编程手册 
STM32F4xxx中文参考手册 
STM32F4xxx英文参考手册 
STM32F4 开发指南(寄存器版)