STM32学习笔记之IIC

STM32学习笔记之IIC

前言

本人单片机小白，在此简单记录单片机的学习历程。本文摘录整理自刘火良、杨森编著的《STM32库开发实战指南》第一版与第二版，如有侵权即删。

目录

IIC协议介绍

IIC（Inter-Integrated Circuit）协议是Philips公司开发的，由于它具备引脚少、硬件实现简单、可拓展性强、不需要如USART、CAN的外部收发设备等特点，现在被广泛使用在系统内多个集成电路（IC）间的通信。

1.物理层

• 它只使用两条总线线路：一条双向串行数据线（SDA），一条串行时钟线（SCL）。
• 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
• 多主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
• 具有三种传输模式：标准模式的传输速率为100Kbit/s，快速模式为400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多IIC设备尚不支持高速模式。
• 片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波以保证数据完整。
• 连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF限制。

2.协议层

（1）IIC基本读写过程

IIC的协议包括起始和停止条件、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节，由于我们使用的是STM32集成的硬件IIC接口，并不需要用软件去模拟SDA和SCL线的时序，接下来将直接讲解IIC的通信流程。
S表示由主机的IIC接口产生的传输起始信号，这时连接到IIC总线上的所有从机都有机会接收到这个信号。起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号（SLAVE-ADDRESS）。在IIC总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据IIC协议，这个从机地址可以是7位或者10位。在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0时，表示后面的数据传输方向是主机传输至从机。该位为1时，则相反。从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答（ACK）或非应答信号（NACK），只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

• 若配置的方向传输位为“写数据”方向，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据（DATA）。数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号（ACK），然后重复这个过程。可以向从机传输N个数据，这个N没有限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号（P），表示不再传输数据。
• 若配置的方向传输位为“读数据”方向，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始正式向主机返回数据（DATA）。数据包的大小也为8位，从机每发送完一个字节数据，都要等待主机的应答信号（ACK），然后重复这个过程。可以返回N个数据，这个N也没有限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号（NACK），则从机自动停止数据传输。

（2）通信的起始和停止条件

• 当SCL线是高电平时SDA线从高电平向低电平切换，表示通信的起始。
• 当SCL线是高电平时SDA线从低电平向高电平切换，表示通信的停止。
• 起始和停止信号一般由主机产生。

（3）地址及数据方向

IIC总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通信时，通过SDA信号线发送设备地址（SLAVE-ADDRESS）来查找从机。IIC协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位，第8位或第11位。数据方向位为“1”时表示从机向主机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

（4）数据的有效性

IIC使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

（5）响应

IIC的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答”（ACK）和“非应答”（NACK）两种信号。作为数据接收端时，当设备（无论主从机）接受到IIC传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。

STM32的IIC

1.IIC特性

• STM32的中等容量和大容量型号的芯片均有多达两个的IIC总线接口。
• 能够工作于多主模式或从模式，分别为主接收器、主发送器、从接收器及从发送器。
• 支持标准模式100Kbit/s和快速模式400Kbit/s，不支持高速模式。
• 支持7位或10位寻址。
• 内置了硬件CRC发生器、校验器。
• IIC的接收和发送都可以用DMA操作。

2.IIC架构

IIC的所有硬件架构就是根据SCL线和SDA线展开的。SCL线的时序即为IIC协议中的时钟信号，它由IIC接口根据时钟控制存储器（CCR）控制，控制的参数主要为时钟频率。SDA线则通过一系列数据控制架构，在将要发送的数据的基础上，根据协议添加各种起始信号、应答信号、地址信号，实现以IIC协议的方式发送出去。读取数据时则从SDA线上的信号中取出接收到的数据值。发送和接收的数据都被保存在数据寄存器（DR）上。

3.模拟IIC和硬件IIC

• 模拟IIC一般是用GPIO管脚，用软件控制管脚状态以模拟IIC的通信。
• 硬件IIC对应芯片上的IIC外设，有相应的IIC驱动电路，其使用的IIC管脚也是专用。
• 硬件IIC的效率要远高于软件，而软件IIC由于不受管脚限制，接口比较灵活。

4.STM32CubeMX配置

• 选择外部晶振、PLL、主频。
• 选择调试模式，占用调试的IO口。
• 打开相应外设，默认IO或手动选择。
• 配置IIC参数，如速率、地址、主从、时序等。

IIC的应用

1.IIC驱动OLED

2.IIC读取MPU6050

3.IIC读写EEPROM

后记

关于IIC的应用，我将在之后的学习过程中另做记录，本文不再赘述。
emmm，折腾了一晚上发现还是上传不了图片，第一篇笔记只能这样了。