STM32(学习笔记3)：IIC通信总结
STM32：IIC通信总结
说明
此篇博客为学习笔记，用来总结学到的知识。
IIC介绍：(来自百度百科)
IIC总线是飞利浦公司开发的一种双线、半双工的同步串行总线。
IIC串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C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。
IIC总线是各种总线中使用信号线最少，并具有自动寻址、多主机时钟同步和仲裁等功能的总线。因此，使用I2C总线设计计算机系统十分方便灵活，体积也小，因而在各类实际应用中得到广泛应用。
IIC总线结构
(图片来自百度)
MCU与其他IIC总线上的设备通过SCL(IIC时钟线)与SDA(IIC数据线)相连，只有两线就可以连接多个设备这就突出了IIC串口总线结构简单的优点。作为同步通信总线，所有IIC总线上的设备都由SCL时钟线提供时钟信号。IIC总线上的所有的数据都通过SDA数据线传输，若IIC总线连接多个设备，往往在数据发送前，先要发送片选地址。
IIC的数据传输
IIC通信由主机进行控制，遵循一定的时序。通常包含三种信号，开始信号、停止信号和应答信号，其中开始信号为必须，其余可省略。下面介绍三种信号，以及数据传输过程。
开始信号与停止信号
开始信号：当SCL为高电平期间，SDA由高到低跳变。由主机向从机发送开始信息数据开始传输。
停止信号：与开始信号相反，当SCL为高期间，SDA由低向高跳变。由主机向从机发送停止信号数据传输结束。
(对应的时序图)
(图片来自百度)
代码实现：
开始信号
/*
函数名称：IIC_Strat()
函数功能：IIC总线发送开始信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Strat()
{
//笔记
/*
开始信号： SCL 为高电平时，
SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
*/
SDA_OUT(); //IIC数据线SDA输出
//拉高两线
IIC_SDA = 1;
IIC_SCL = 1;
//拉低SDA线发出起始信号
delay_us(4);
IIC_SDA = 0;
delay_us(4);
IIC_SCL = 0; //钳位SCL线为数据发送做准备
}
停止信号
/*
函数名称：IIC_Stop()
函数功能：IIC总线发送停止信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Stop()
{
//笔记
/*
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。
*/
SDA_OUT(); //IIC数据线SDA输出
//拉低两线
IIC_SCL = 0;
IIC_SDA = 0;
//拉高SCL
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
//拉低SDA线产生停止信号
IIC_SDA = 1;
delay_us(4);
}
注意：这里的延时是必须的，IIC通信对时序有较为严格的要求。
应答信号
分为两种：ACK和NACK，ACK代表传输的数据有效，NACK则认为传输的输出数据无效或者传输失败。
下面是对应答信号的解释：
发送器每发发送一个字节，就会在第九个时钟周期(发送一字节数据需要8个时钟周期应答信号在第九个时钟周期)，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时(ACK)，规定为有效应答位(ACK)，表示已经成功接收到该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收器没有接收成功或数据无效。
(对应的时序图)
(图片来自百度)
代码实现：
产生应答信号
/*
函数名称：IIC_Ack()
函数功能：IIC总线产生应答信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Ack()
{
//笔记
/*
发送器每发送一个字节（8个bit），
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；
*/
//先拉低SCL线作为第九个时钟周期的开始
IIC_SCL = 0;
SDA_OUT(); //设置SDA为输出
//拉低SDA线产生应答信号
IIC_SDA = 0;
delay_us(2);
//拉高SCL线
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
//拉低SCL线作为第九个时钟周期的结束
IIC_SCL = 0;
}
产生应答信号
/*
函数名称：IIC_NAck()
函数功能：IIC总线产生非应答信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_NAck()
{
//笔记
/*
发送器每发送一个字节（8个bit），
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。
*/
//先拉低SCL线作为第九个时钟周期的开始
IIC_SCL = 0;
SDA_OUT(); //设置SDA为输出
//拉低SDA线产生非应答信号
IIC_SDA = 1;
delay_us(2);
//拉高SCL线
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
//拉低SCL线作为第九个时钟周期的结束
IIC_SCL = 0;
}
检测应答或非应答信号
/*
函数名称：IIC_Wait_Ack()
函数功能：等待应答或非应答信号
输入：
输出：1：非应答信号 0：应答信号
修改日期：
*/
u8 IIC_Wait_Ack()
{
/*
等待应答
等待SDA线被拉低若无则无应答有则应答
*/
//定义出计算时间的变量
u8 ucErrTime = 0;
SDA_IN(); //SDA线为输入
IIC_SDA = 1;
delay_us(1);
IIC_SCL = 1;
delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime > 250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
//拉低SCL线
IIC_SCL = 0;
return 0;
}
IIC数据传输过程
(数据传输时序图)
(图片来自百度)
从时序图中看到，IIC总线传输是MSB(也就是高位在前低位在后)形式按位发送的，在发送一字节数据后，在第九个时钟周期会等待应答，若为ACK则继续传输，若为NACK则发送停止信号(也可不发送)。
同样IIC数据接收时也是MSB形式按位接收，在接收一字节数据后，主机就会发送ACK或NACK，作为数据接收的标志，决定接下来是否继续进行接收数据。
数据的有效性
(图片来自百度)
IIC通信协议规定：在SCL高电平期间，SDA上的数据必须稳定不能发生跳变：在SCL为低电平期间，SDA上的数据才能发生跳变。
可以理解为：数据必须在SCL上升沿之前准备好，在下降沿之前保持稳定，这样数据才是有效的。在一个SCL周期只能发送一位，而且必须在下一个周期来之前就准备好数据，拉低或拉高SDA。必须按照这个时序进行编写程序。
代码实现
MCU可作为从机或主机，但是遵循的时序是不变的
作为主机IIC发送一个字节并返回从机的应答情况。
/****************作为主机*****************/
/*
函数名称：IIC_Send_Byte(u8 txd)
函数功能：IIC发送一个字节并返回从机有无应答
输入：
输出：从机的应答情况 1，有 0，无
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
//拉低时钟线开始数据传输
IIC_SCL = 0;
//按从高位到低位顺序传输一个字节
for(t = 0;t < 8;t++)
{
//发送最高位
IIC_SDA = (txd & 0x80) >> 7;
//移动下一位为最高位
txd <<= 1;
//保证数据的有效性
//在SCL线为高电平时要保证SDA数据稳定
//一个时钟周期
delay_us(2);
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
IIC_SCL = 0;
delay_us(2);
}
}
作为从机IIC接收一字节数据并给出应答或应答
/****************作为从机*****************/
/*
函数名称：IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
函数功能：从机IIC接收一字节数据并给出应答或应答
输入：要给出的应答情况 1 为ACK 0 为NACK
输出：接收的数据
修改日期：2021.1.24
*/
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i, receive = 0;
SDA_IN(); //SDA线为输入
//按从高位到低位的顺序读取一个字节
for(i = 0;i < 8;i++)
{
//拉低SCL线
IIC_SCL = 0;
delay_us(2);
//拉高SCL线
IIC_SCL=1;
//把要接收的位移动至最高位
receive <<= 1;
//判断SDA线状态
//若是高就加一
//若是低则不加
if(READ_SDA)
{
receive++;
}
delay_us(2);
}
//产生应答或非应答信号
if(ack == 1)
{
IIC_Ack();
}
if(ack == 0)
{
IIC_NAck();
}
return receive;
}
总体代码
IIC总线在STM32是有硬件支持的，但是这里采用软件模拟的方式。
硬件IIC复杂且稳定性较差，所以采用软件模拟的方式。
IIC.H
/********************
文件名称：IIC.h
文件描述：作为IIC驱动的头文件
修改日期：
*********************/
#ifndef __IIC_H_
#define __IIC_H_
#include "sys.h"
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB -> CRL &= 0X0FFFFFFF; GPIOB -> CRL |= (u32) 8 << 28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB -> CRL &= 0X0FFFFFFF; GPIOB -> CRL |= (u32) 3 << 28;}
//IO操作
#define IIC_SCL PBout(6) //IIC时钟线
#define IIC_SDA PBout(7) //IIC数据线(写)
#define READ_SDA PBin(7) //IIC数据线(读)
//IIC所有操作函数
//IIC初始化函数
void IIC_Init(void);
//IIC起始信号
void IIC_Start(void);
//IIC停止信号
void IIC_Stop(void);
//IIC发送一个字节
void IIC_Send_Byte(u8 txd);
//IIC读取一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);
//IIC等待应答
u8 IIC_Wait_Ack(void);
//IIC应答信号
void IIC_Ack(void);
//IIC不应答信号
void IIC_NAck(void);
#endif
iic.c
/********************
文件名称：iic.c
文件描述：IIC驱动
修改日期：2021.1.24
*********************/
#include "IIC.h"
#include "delay.h"
#include "stm32f10x.h"
/*
函数名称：IIC_Init()
函数功能：IIC初始化GPIOB6为IIC时钟线GPIOB7为数据线
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Init()
{
//笔记
/*
IIC初始化
空闲状态
拉高时钟线和数据线
*/
//使能GPIOB时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
//GPIO初始化参数结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
//GPIOB6 推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
//GPIOB7 推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
//设置GPIOB6 GPIOB7输出高
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
}
/*
函数名称：IIC_Strat()
函数功能：IIC总线发送开始信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Strat()
{
//笔记
/*
开始信号： SCL 为高电平时，
SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
*/
SDA_OUT(); //IIC数据线SDA输出
//拉高两线
IIC_SDA = 1;
IIC_SCL = 1;
//拉低SDA线发出起始信号
delay_us(4);
IIC_SDA = 0;
delay_us(4);
IIC_SCL = 0; //钳位SCL线为数据发送做准备
}
/*
函数名称：IIC_Stop()
函数功能：IIC总线发送停止信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Stop()
{
//笔记
/*
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。
*/
SDA_OUT(); //IIC数据线SDA输出
//拉低两线
IIC_SCL = 0;
IIC_SDA = 0;
//拉高SCL
IIC_SCL = 1;
delay_us(4);
//拉低SDA线产生停止信号
IIC_SDA = 1;
delay_us(4);
}
/*
函数名称：IIC_Wait_Ack()
函数功能：等待应答或非应答信号
输入：
输出：1：非应答信号 0：应答信号
修改日期：
*/
u8 IIC_Wait_Ack()
{
/*
等待应答
等待SDA线被拉低若无则无应答有则应答
*/
//定义出计算时间的变量
u8 ucErrTime = 0;
SDA_IN(); //SDA线为输入
IIC_SDA = 1;
delay_us(1);
IIC_SCL = 1;
delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime > 250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
//拉低SCL线
IIC_SCL = 0;
return 0;
}
/**********************单片机作为从机或主机可产生应答与非应答信号****************************/
/*
函数名称：IIC_Ack()
函数功能：IIC总线产生应答信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_Ack()
{
//笔记
/*
发送器每发送一个字节（8个bit），
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；
*/
//先拉低SCL线作为第九个时钟周期的开始
IIC_SCL = 0;
SDA_OUT(); //设置SDA为输出
//拉低SDA线产生应答信号
IIC_SDA = 0;
delay_us(2);
//拉高SCL线
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
//拉低SCL线作为第九个时钟周期的结束
IIC_SCL = 0;
}
/*
函数名称：IIC_NAck()
函数功能：IIC总线产生非应答信号
输入：
输出：
修改日期：2021.1.24
*/
void IIC_NAck()
{
//笔记
/*
发送器每发送一个字节（8个bit），
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。
*/
//先拉低SCL线作为第九个时钟周期的开始
IIC_SCL = 0;
SDA_OUT(); //设置SDA为输出
//拉低SDA线产生非应答信号
IIC_SDA = 1;
delay_us(2);
//拉高SCL线
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
//拉低SCL线作为第九个时钟周期的结束
IIC_SCL = 0;
}
/***************************************************************/
/****************作为主机*****************/
/*
函数名称：IIC_Send_Byte(u8 txd)
函数功能：IIC发送一个字节并返回从机有无应答
输入：
输出：从机的应答情况 1，有 0，无
修改日期：2021.1.24表格7yv
*/
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
//拉低时钟线开始数据传输
IIC_SCL = 0;
//按从高位到低位顺序传输一个字节
for(t = 0;t < 8;t++)
{
//发送最高位
IIC_SDA = (txd & 0x80) >> 7;
//移动下一位为最高位
txd <<= 1;
//保证数据的有效性
//在SCL线为高电平时要保证SDA数据稳定
//一个时钟周期
delay_us(2);
IIC_SCL = 1;
delay_us(2);
IIC_SCL = 0;
delay_us(2);
}
}
/****************作为从机*****************/
/*
函数名称：IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
函数功能：从机IIC接收一字节数据并给出应答或应答
输入：要给出的应答情况 1 为ACK 0 为NACK
输出：接收的数据
修改日期：2021.1.24
*/
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i, receive = 0;
SDA_IN(); //SDA线为输入
//按从高位到低位的顺序读取一个字节
for(i = 0;i < 8;i++)
{
//拉低SCL线
IIC_SCL = 0;
delay_us(2);
//拉高SCL线
IIC_SCL=1;
//把要接收的位移动至最高位
receive <<= 1;
//判断SDA线状态
//若是高就加一
//若是低则不加
if(READ_SDA)
{
receive++;
}
delay_us(2);
}
//产生应答或非应答信号
if(ack == 1)
{
IIC_Ack();
}
if(ack == 0)
{
IIC_NAck();
}
return receive;
}
结语
IIC总线通信协议这里就介绍完了。
如有错误还请指出。
共同进步。