stm32—I2C底层代码详解—江科大

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/*引脚配置层*/

/**
  * 函    数：I2C写SCL引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SCL的电平，范围0~1
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SCL为低电平，当BitValue为1时，需要置SCL为高电平
  */
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SCL引脚的电平
	Delay_us(10);												//延时10us，防止时序频率超过要求
}

1. 函数声明：

• • void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)：定义了一个函数MyI2C_W_SCL，它接受一个uint8_t类型的参数BitValue。这个参数的值范围是0到1，其中0表示低电平，1表示高电平。

1. 设置SCL引脚电平：

• • GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);：这一行代码使用GPIO_WriteBit函数来设置SCL引脚（在STM32中通常映射到GPIOB的第10个引脚）的电平。BitAction是一个枚举类型，用于控制GPIO引脚的输出状态。如果BitValue为0，SCL引脚将被设置为低电平；如果BitValue为1，SCL引脚将被设置为高电平。

1. 延时：

• • Delay_us(10);：在设置SCL引脚电平后，代码会执行一个10微秒的延时。这个延时是为了确保I2C通信的时序要求得到满足，防止由于过快的信号切换而导致的通信错误。I2C协议对信号的上升沿和下降沿之间的时间间隔有严格的要求，以保证数据的正确传输。

通过这种方式，MyI2C_W_SCL函数允许你在软件层面上精确控制SCL信号线的电平，这对于实现I2C通信的手动控制非常重要，尤其是在没有使用硬件I2C控制器的情况下，或者当需要更细粒度的控制时。然而，这种方法的精度和可靠性可能不如使用硬件I2C模块，因为软件延时可能受到CPU负载和其他因素的影响。

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/**
  * 函    数：I2C写SDA引脚电平
  * 参    数：BitValue 协议层传入的当前需要写入SDA的电平，范围0~0xFF
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当BitValue为0时，需要置SDA为低电平，当BitValue非0时，需要置SDA为高电平
  */
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);		//根据BitValue，设置SDA引脚的电平，BitValue要实现非0即1的特性
	Delay_us(10);												//延时10us，防止时序频率超过要求
}

1. 函数声明：

• • void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)：定义了一个函数MyI2C_W_SCL，它接受一个uint8_t类型的参数BitValue。这个参数的值范围是0到1，其中0表示低电平，1表示高电平。

1. 设置SCL引脚电平：

• • GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);：这一行代码使用GPIO_WriteBit函数来设置SCL引脚（在STM32中通常映射到GPIOB的第10个引脚）的电平。BitAction是一个枚举类型，用于控制GPIO引脚的输出状态。如果BitValue为0，SCL引脚将被设置为低电平；如果BitValue为1，SCL引脚将被设置为高电平。

1. 延时：

• • Delay_us(10);：在设置SCL引脚电平后，代码会执行一个10微秒的延时。这个延时是为了确保I2C通信的时序要求得到满足，防止由于过快的信号切换而导致的通信错误。I2C协议对信号的上升沿和下降沿之间的时间间隔有严格的要求，以保证数据的正确传输。

通过这种方式，MyI2C_W_SCL函数允许你在软件层面上精确控制SCL信号线的电平，这对于实现I2C通信的手动控制非常重要，尤其是在没有使用硬件I2C控制器的情况下，或者当需要更细粒度的控制时。然而，这种方法的精度和可靠性可能不如使用硬件I2C模块，因为软件延时可能受到CPU负载和其他因素的影响。

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/**
  * 函    数：I2C读SDA引脚电平
  * 参    数：无
  * 返 回 值：协议层需要得到的当前SDA的电平，范围0~1
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，当前SDA为低电平时，返回0，当前SDA为高电平时，返回1
  */
uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);		//读取SDA电平
	Delay_us(10);												//延时10us，防止时序频率超过要求
	return BitValue;											//返回SDA电平 
}

1. 函数声明：

• • void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)：定义了一个函数MyI2C_W_SCL，它接受一个uint8_t类型的参数BitValue。这个参数的值范围是0到1，其中0表示低电平，1表示高电平。

1. 设置SCL引脚电平：

• • GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);：这一行代码使用GPIO_WriteBit函数来设置SCL引脚（在STM32中通常映射到GPIOB的第10个引脚）的电平。BitAction是一个枚举类型，用于控制GPIO引脚的输出状态。如果BitValue为0，SCL引脚将被设置为低电平；如果BitValue为1，SCL引脚将被设置为高电平。

1. 延时：

• • Delay_us(10);：在设置SCL引脚电平后，代码会执行一个10微秒的延时。这个延时是为了确保I2C通信的时序要求得到满足，防止由于过快的信号切换而导致的通信错误。I2C协议对信号的上升沿和下降沿之间的时间间隔有严格的要求，以保证数据的正确传输。

通过这种方式，MyI2C_W_SCL函数允许你在软件层面上精确控制SCL信号线的电平，这对于实现I2C通信的手动控制非常重要，尤其是在没有使用硬件I2C控制器的情况下，或者当需要更细粒度的控制时。然而，这种方法的精度和可靠性可能不如使用硬件I2C模块，因为软件延时可能受到CPU负载和其他因素的影响。

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/**
  * 函    数：I2C初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数需要用户实现内容，实现SCL和SDA引脚的初始化
  */
void MyI2C_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					//将PB10和PB11引脚初始化为开漏输出
	
	/*设置默认电平*/
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);			//设置PB10和PB11引脚初始化后默认为高电平（释放总线状态）
}

1. 开启时钟：

• • RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);：这一行代码用于使能GPIOB的时钟。在STM32中，每个外设都需要其时钟被使能才能工作。RCC_APB2PeriphClockCmd函数用于控制APB2总线上的外设时钟。

1. GPIO初始化：

• • 首先，创建一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体GPIO_InitStructure，用于配置GPIO引脚的模式、速度和所选引脚。
  • GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;：设置GPIO引脚的工作模式为开漏输出（Open Drain）。在I2C通信中，SCL和SDA引脚通常配置为开漏输出，以支持总线上的多个设备同时连接而不相互干扰。
  • GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;：选择要配置的GPIO引脚，这里是PB10（SCL）和PB11（SDA）。
  • GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;：设置GPIO引脚的速度为50MHz，这通常是为了匹配微控制器的最大GPIO速度能力。
  • GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);：调用GPIO_Init函数，使用之前定义的GPIO_InitStructure结构体参数初始化GPIOB的引脚。

1. 设置默认电平：

• • GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);：在初始化后，将PB10和PB11引脚设置为高电平。在I2C总线空闲时，SCL和SDA线应保持高电平状态，通常通过上拉电阻实现。设置引脚为高电平有助于确保总线在未被使用时处于正确的状态。

通过这段代码，你可以在STM32微控制器上初始化用于I2C通信的SCL和SDA引脚，为后续的I2C数据传输做好准备。

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void MyI2C_Start(void)
{
	MyI2C_W_SDA(1);							//释放SDA，确保SDA为高电平
	MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，确保SCL为高电平
	MyI2C_W_SDA(0);							//在SCL高电平期间，拉低SDA，产生起始信号
	MyI2C_W_SCL(0);							//起始后把SCL也拉低，即为了占用总线，也为了方便总线时序的拼接
}

• MyI2C_W_SDA(1);：首先，确保SDA（数据线）处于高电平状态。这通常意味着释放SDA引脚的输出，让任何外部上拉电阻将其拉高，或者直接设置SDA引脚为输出高电平。
• MyI2C_W_SCL(1);：接着，确保SCL（时钟线）也处于高电平状态。同样地，这可以是释放SCL引脚让其被上拉电阻拉高，或者是直接设置SCL引脚为输出高电平。
• MyI2C_W_SDA(0);：在SCL保持高电平的情况下，将SDA线拉低。这是开始信号的关键部分，因为在SCL高电平期间SDA从高变低表示开始信号的开始。
• MyI2C_W_SCL(0);：最后，在SDA保持低电平的同时，将SCL线也拉低。此时，I2C总线上的所有设备都识别到了开始信号，准备接收接下来的数据。拉低SCL也有助于确保在后续的数据传输中，SDA线的状态不会在时钟的高电平期间发生变化，这符合I2C的数据传输规则。

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开始信号在最后的时候为什么要把SCL信号置0

1. 数据稳定性：在SCL高电平期间，SDA线上的状态必须保持不变，以确保数据位能够被正确采样。这是因为数据位是在SCL的每个上升沿被接收设备读取的。
2. 数据改变窗口：当SCL被拉低时，SDA线进入一个“数据改变窗口”。在此期间，SDA线上的数据状态可以被改变，以准备传输下一个数据位。这是因为接收设备不会在SCL为低电平时采样SDA线上的数据。
3. 时序规则：I2C协议的时序规则确保了数据的可靠传输。在SCL的低电平期间改变SDA线状态，然后在SCL上升沿时，数据位被稳定并准备好被采样，这样的时序安排避免了数据的错误读取。

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void MyI2C_Stop(void)
{
	MyI2C_W_SDA(0);							//拉低SDA，确保SDA为低电平
	MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，使SCL呈现高电平
	MyI2C_W_SDA(1);							//在SCL高电平期间，释放SDA，产生终止信号
}

具体来说，停止信号的产生过程如下：

1. SCL保持高电平：在停止信号开始之前，SCL线必须处于高电平状态。这是停止信号的一个前提条件。
2. SDA从低变高：在SCL保持高电平的同时，SDA线上的电平由低变高。这个状态变化由主设备执行，用来告知总线上的所有设备，当前的通信序列已经结束。

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/**
  * 函    数：I2C发送一个字节
  * 参    数：Byte 要发送的一个字节数据，范围：0x00~0xFF
  * 返 回 值：无
  */
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < 8; i ++)				//循环8次，主机依次发送数据的每一位
	{
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));	//使用掩码的方式取出Byte的指定一位数据并写入到SDA线
		MyI2C_W_SCL(1);						//释放SCL，从机在SCL高电平期间读取SDA
		MyI2C_W_SCL(0);						//拉低SCL，主机开始发送下一位数据
	}
}

1. 函数声明：

• • void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte) 定义了一个函数，它接受一个uint8_t类型的参数Byte，这个参数是要通过I2C总线发送的字节数据。

1. 循环发送每一位数据：

• • for (i = 0; i < 8; i ++)：循环8次，因为一个字节有8位。每次循环发送一位数据。

1. 设置SDA线：

• • MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i))：这一行使用位运算符&和>>来从Byte中提取当前位的数据。0x80是一个掩码，表示二进制的最高位（第8位）。通过右移i次，将掩码对准当前需要发送的位。然后与Byte做位与操作，如果该位是1，结果就是非零值；如果是0，结果就是0。这个结果被传递给MyI2C_W_SDA函数，该函数负责将SDA线设置为相应电平。

1. 设置SCL线（时钟）：

• • MyI2C_W_SCL(1)：将SCL线设置为高电平。在SCL高电平期间，SDA线上的数据必须保持稳定，以便从机可以读取数据。
  • MyI2C_W_SCL(0)：在数据位发送之后，将SCL线拉低，这标志着当前位的传输完成，并准备发送下一位数据。

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/**
* 函    数：I2C接收一个字节
* 参    数：无
* 返 回 值：接收到的一个字节数据，范围：0x00~0xFF
*/
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
    uint8_t i, Byte = 0x00;					//定义接收的数据，并赋初值0x00，此处必须赋初值0x00，后面会用到
    MyI2C_W_SDA(1);							//接收前，主机先确保释放SDA，避免干扰从机的数据发送
    for (i = 0; i < 8; i ++)				//循环8次，主机依次接收数据的每一位
        {
            MyI2C_W_SCL(1);						//释放SCL，主机机在SCL高电平期间读取SDA
            if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}	//读取SDA数据，并存储到Byte变量
            //当SDA为1时，置变量指定位为1，当SDA为0时，不做处理，指定位为默认的初值0
            MyI2C_W_SCL(0);						//拉低SCL，从机在SCL低电平期间写入SDA
        }
    return Byte;							//返回接收到的一个字节数据
}

1. 函数声明：

• • uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void) 定义了一个函数，它没有输入参数，返回一个uint8_t类型的值，即接收的一个字节数据。

1. 初始化接收字节：

• • uint8_t i, Byte = 0x00;：定义了一个循环计数器i和一个接收数据的变量Byte，并将其初始化为0x00。这是因为我们将在循环中逐步填充这个字节的每一位。

1. 准备接收数据：

• • MyI2C_W_SDA(1);：在接收数据之前，确保SDA线被设置为高电平。这是为了释放SDA线，让从机有机会将数据发送到总线上。

1. 循环接收每一位数据：

• • for (i = 0; i < 8; i ++)：循环8次，每次接收数据的一位。
  • MyI2C_W_SCL(1);：将SCL线设置为高电平。在SCL高电平期间，SDA线上的数据保持稳定，主机可以从SDA线上读取数据。
  • if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}：读取SDA线上的数据。如果读取到的数据为1，则使用位或运算符|将Byte中对应位置的位设置为1。0x80 >> i是一个位掩码，它随着循环逐渐右移，每次对准一个不同的位。
  • MyI2C_W_SCL(0);：将SCL线拉低，这标志着当前位的读取完成，允许从机在SCL低电平时改变SDA线上的数据，准备发送下一位。

1. 返回接收的字节：

• • return Byte;：函数返回接收到的完整字节数据。

这个函数按照I2C协议的要求，逐位读取数据，并在SCL高电平期间稳定读取SDA线上的数据，确保了数据的正确接收。

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/**
  * 函    数：I2C发送应答位
  * 参    数：Byte 要发送的应答位，范围：0~1，0表示应答，1表示非应答
  * 返 回 值：无
  */
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
	MyI2C_W_SDA(AckBit);					//主机把应答位数据放到SDA线
	MyI2C_W_SCL(1);							//释放SCL，从机在SCL高电平期间，读取应答位
	MyI2C_W_SCL(0);							//拉低SCL，开始下一个时序模块
}

1. 函数声明：

• • void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit) 定义了一个函数，它接受一个uint8_t类型的参数AckBit，这个参数可以是0或1，分别代表应答信号（ACK）或非应答信号（NACK）。

1. 设置SDA线：

• • MyI2C_W_SDA(AckBit);：将SDA线设置为AckBit所指示的电平。如果AckBit是0，那么SDA线将被设置为低电平，表示应答（ACK）。如果AckBit是1，那么SDA线将被设置为高电平，表示非应答（NACK）。

1. 设置SCL线（时钟）：

• • MyI2C_W_SCL(1);：将SCL线设置为高电平。在SCL高电平期间，SDA线上的数据必须保持稳定，以便从机可以读取应答信号。这是应答信号被有效传输的时刻。
  • MyI2C_W_SCL(0);：在应答信号被稳定放置在SDA线上一段时间后，将SCL线拉低。这标志着应答信号的传输完成，并为下一个I2C总线操作（如数据发送或接收）做好准备。

通过这个函数，主机可以向从机发送应答信号，确认是否正确接收了从机发送的数据。当主机正确接收了数据后，它应该发送ACK（0），否则应该发送NACK（1）。从机在SCL高电平时读取SDA线上的应答信号，以此判断数据是否被主机正确接收。这是I2C协议中数据完整性检查的一部分。

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/**
  * 函    数：I2C接收应答位
  * 参    数：无
  * 返 回 值：接收到的应答位，范围：0~1，0表示应答，1表示非应答
  */
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{
	uint8_t AckBit;							//定义应答位变量
	MyI2C_W_SDA(1);							//接收前，主机先确保释放SDA，避免干扰从机的数据发送
	MyI2C_W_SCL(1);					 		//释放SCL，主机机在SCL高电平期间读取SDA
	AckBit = MyI2C_R_SDA();					//将应答位存储到变量里
	MyI2C_W_SCL(0);							//拉低SCL，开始下一个时序模块
	return AckBit;							//返回定义应答位变量
}

1. 函数声明：

• • uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void) 定义了一个函数，它没有参数，返回一个uint8_t类型的值，即接收到的应答信号（ACK或NACK）。

1. 初始化变量：

• • uint8_t AckBit;：定义了一个变量AckBit，用于存储接收到的应答信号。

1. 准备接收应答信号：

• • MyI2C_W_SDA(1);：在接收应答信号之前，确保SDA线被设置为高电平。这是为了释放SDA线，让从机有机会将应答信号发送到总线上。

1. 设置SCL线（时钟）：

• • MyI2C_W_SCL(1);：将SCL线设置为高电平。在SCL高电平期间，SDA线上的数据保持稳定，主机可以从SDA线上读取应答信号。

1. 读取应答信号：

• • AckBit = MyI2C_R_SDA();：读取SDA线上的应答信号，并将其存储到AckBit变量中。如果SDA线为低电平（0），表示从机发送了ACK；如果SDA线为高电平（1），表示从机发送了NACK。

1. 设置SCL线（时钟）：

• • MyI2C_W_SCL(0);：将SCL线拉低，这标志着应答信号的读取完成，并为下一个I2C总线操作做好准备。

1. 返回应答信号：

• • return AckBit;：函数返回接收到的应答信号。

这个函数的作用是让主机能够读取从机发送的应答信号，以确认数据是否已被正确接收。在I2C通信中，应答信号是通信可靠性的重要组成部分，因为它允许主机检查数据的完整性，并根据需要重新发送数据。