STM32——软件I2C通讯解析

目录

 一、I2C通信的硬件基础

二、I2C协议的基本时序单元

1.起始条件：

2.终止条件：

 3.（主机）发送一个字节（给从机）：

4.（主机）接收（从机）应答：

5.(主机)接受（从机）一个字节：

6.（主机）发送应答（给从机）：

三. 由基本的I2C时序构成的通讯帧 

1.（主机）指定从机地址写 ：

2.(主机)指定从机地址读：

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        最近打算好好研究一下四阵脚的OLED屏幕，所以在这之前复习一下I2C通讯协议及其应用。

 一、I2C通信的硬件基础

        如下图所示，配置I2C时，需要将引脚配置成开漏输出的模式，开漏输出的特性即需要产生低电平时可以强下拉志低电平，产生高电平时，通过外接一个上拉电阻弱上拉至高电平。这样的好处是，防止配置成推挽输出时，一个设备强上拉一个设备强下拉导致的电源短路。

        

二、I2C协议的基本时序单元

        下面所说的一切都是在主机的角度上进行发送数据，接受数据，以及发送应答，接受应答的，这一点需要特别的注意。

代码前提：利用宏定义实现：

#define MPU6050_SCL_PORT    GPIOE
#define MPU6050_SCL_PIN    GPIO_Pin_12
#define MPU6050_SDA_PORT    GPIOE
#define MPU6050_SDA_PIN    GPIO_Pin_13
void MyI2C_W_SCL(uint8_t value)
{
    GPIO_WriteBit(MPU6050_SCL_PORT,MPU6050_SCL_PIN,(BitAction)value);
    delay_us(10);
}
void MyI2C_W_SDA(uint8_t value)
{
    GPIO_WriteBit(MPU6050_SDA_PORT,MPU6050_SDA_PIN,(BitAction)value);
    delay_us(10);
}
uint8_t MyI2C_R_SDA(void )
{
    uint8_t temp=0;
    temp=GPIO_ReadInputDataBit(MPU6050_SDA_PORT,MPU6050_SDA_PIN);
    delay_us(10);
    return temp;
}

1.起始条件：

        即在SCL高电平期间，SDA由高电平变为低电平：由主机发起，这表征着通讯的开始。

void MyI2C_Start(void )
{
    MyI2C_W_SDA(1);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SDA(0);
    MyI2C_W_SCL(0);
}

2.终止条件：

        即在SCL高电平期间，SDA由低电平变为高电平：由主机发起，这表征着通讯的结束。

void MyI2C_Stop(void )
{
    MyI2C_W_SDA(0);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SDA(1);
}

        注意，起始条件和终止条件都是在在SCL高电平的时候SDA变化，这是区别发送、接收、发送应答、接收应答的重要标志！ 

3.（主机）发送一个字节（给从机）：

        即在SCL低电平期间，主机将想要发送的数据放在SDA线上，随后拉高SCL，告知从机在SCL高电平期间将数据取走，SCL高电平期间，SDA线上的数据一定是稳定不变化的（SDA在SCL高电平期间变换就会产生起始条件或者终止条件导致通讯时序错误），连续进行8次即可完成一个字节的发送。值得注意的是：发送字节时高位先行，由D7->D0的方向发送。

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
    for (int i = 0; i < 8; i++)
    {
        MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80>>i));
        MyI2C_W_SCL(1);
        MyI2C_W_SCL(0);
    }
}

4.（主机）接收（从机）应答：

        主机发送完一个字节后，在下一个时钟里，释放SDA的控制权，并在SCL高电平期间接收来自从机的应答指令以判断从机是否收到数据。即0表示应答（即从机接收到了数据），1表示非应答（从机没有响应）。

uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void )
{
    uint8_t temp;
    MyI2C_W_SDA(1);
    MyI2C_W_SCL(1);
    temp=MyI2C_R_SDA();
    MyI2C_W_SCL(0);
    return temp;
}

5.(主机)接受（从机）一个字节：

        通讯开始之前，主机一定要释放对SDA线的控制，即置为SDA线为1。在SCL低电平期间，从机将需要发送的数据放在SDA线上，之后主机置为SCL，并在SCL高电平期间读取从机传输的数据(高位在前)。同理在SCL高电平期间，从机的数据（即SDA线上的值不能改变）,反复进行8次，主机即可完成一个字节的接受。        

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void )
{
    uint8_t Data=0x00;
    MyI2C_W_SDA(1);
    for (int i = 0; i < 8; i++)
    {
        MyI2C_W_SCL(1);
        if(MyI2C_R_SDA()==1)
        {
            Data |=(0x80>>i);
        }
        MyI2C_W_SCL(0);
    }
    return Data;
}

6.（主机）发送应答（给从机）：

        主机在接收一个字节之后，在下一个时钟周期内发送一个应答位给从机，已告诉从机是否收到数据。0表示主机收到从机数据，1表示没有收到。同理是在SCL高电平期间从机读取SDA总线上的数据。

void MyI2C_SendAck(uint8_t Ackbit)
{
    MyI2C_W_SDA(Ackbit);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SCL(0);
}

三. 由基本的I2C时序构成的通讯帧 

1.（主机）指定从机地址写 ：

        对于指定的设备（Slave Address），对该地址下指定的寄存器（Register Address）进行写数据(Data)的操作。 （0表示写，1表示读）

void I2C_W_REG(uint8_t RegAddress,uint8_t Data )
{
    MyI2C_Start();
    MyI2C_SendByte(MPU6050ADDRESS);
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_SendByte(RegAddress);
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_SendByte(Data);
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_Stop();
}

2.(主机)指定从机地址读：

        对于指定的设备（Slave Address），对该地址下指定的寄存器（Register Address）进行读数据(Data)的操作。      

uint8_t I2C_R_REG(uint8_t RegAddress )
{
    uint8_t temp=0;
    MyI2C_Start();
    MyI2C_SendByte(MPU6050ADDRESS);
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_SendByte(RegAddress);
    MyI2C_ReceiveAck();

    MyI2C_Start();
    MyI2C_SendByte(MPU6050ADDRESS|0x01);
    MyI2C_ReceiveAck();
    temp=MyI2C_ReceiveByte();
    MyI2C_SendAck(1);
    MyI2C_Stop();
    return temp;
}

        I2C的基本介绍就是这样，根据不同的外设还有不同的用法。

下图是用Clion配置的STM32标准库开发环境，有兴趣的朋友可以私聊我。