7 2 i2c扩展接口案例2学时

1、第10章 I2C总线接口及应用案例-GPIO软件模拟I2C协议10.1 I2C总线规范10.2 应用案例(一):GPIO模拟I2C总线协议1)2)3)4)硬件驱动程序分层模型I2C总线应用开发主要工作内容I2C接口功能芯片GPIO模拟I2C电路实例5) 软件模拟I2C协议代码详解10.3 GPIO应用案例(二):STM32片内I2C接口应用10.3.1 STM32 I2C接口控制器概述10.3.2 STM32 I2C控制器寄存器10.3.3 STM32 I2C控制器库函数10.3.4 STM32 I2C接口应用案例10.1I2C总线协议规范I2C总线I2C接口是Philips推出的一种串行总线

2、方式，用于IC器件之间的通信。它通过SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）两根线在连到总 线上的器件之间传送信息，并通过软件寻址识别每个器件，而不需要 片选线。I2C接口的标准传输速率为100Kbit/s，最高传输速率可达400Kbit/s。VDD主控制器件(RTC)从控制器件(LCD)R1R2SDABUSSCL从控制器件(ADC)主控制器件(MCU)从控制器件(EEPROM)从控制器件(SRAM)I2C电气连接I2C总线接口均为开漏或开集电极输出，因此需要为总线增加上拉电阻Rp。总线速率越高，总线上拉电阻VDDRpRp就越小，100Kbit/s总线速率， 通常使用5.1K欧姆的上拉电阻I

3、2C BUSSDASDA SCLSCLSCL出SDA出器件1器件2SCL入SDA入I2C总线时序在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束，这通过起始和结束信号识别。发送起始信号后传送的第一字节数据具有特别的意义，其中前七位为从机地址，最后一位为读写方向位（0表示写，1表示读）。第一字节从器件地址R/WSSDA SCLS P起始信号结束信号 I2C总线时序I2C总线数据传送时，每传送一个字节数据后都必须有应答信号（A）。主控器接收数据时，如果要结束通信时，将在停止位之前发送非应答信号（A）。SDASCLAA应答信号非应答信号I2C的一个完整帧结构停止信号起始信号STOPSTART.B0AB

4、7SDASCL . 9 1 8 I2C时序各种帧结构STM32在I2C通信中可以配置为主控器也可以作为被控器，那么它就具有4种操作模式：主发送模式、主接收模式、从发送模式和从接收模式。主机到从机A = 应答(SDA为低)S = 起始信号主机到从机A = 非应答(SDA为高)P = 停止信号RS = 重复起始信号从发送模式：PA数据A数据A从器件地址RS从接收模式：A/AP/RS数据A数据A从器件地址WS主接收模式：PA数据A数据A从器件地址RS主发送模式：PA/A数据A数据A从器件地址WS10.2 GPIO软件模拟I2C协议1) 硬件驱动程序分层模型图10-2-1 协议驱动软件分层模型(1)应

5、用软件层协议时序/信号功能测试软件、EEPROM特定应用功能软件等；SDA(2)高层协议实现层指定存储单元字节数据读写函数、数据块读写函数；(3)低层协议实现层(S)、(P)、(A)、( )等信号的产生与发送、BIT位传送、数据帧传送等功能函数；(4) 硬件驱动层SCL、SDA输出高、低电平函数，读入SDA总线状态函数，GPIO端口初始化函数。GPIO硬件SCL2) 软件编写主要工作：(1) 硬件抽象层代码编写(基本I/O操作，与硬件实现有 关）(2) 协议底层功能函数编写（基本I2C信号 实现）(3) 协议高层函数编写 （字节读写）(4) 数据块读写高层接口函数读写（数据块读写）3) I2C

6、接口功能芯片带I2C从控制器的功能芯片比较多，比如I2C-EEPROM、I2C-ADC 、I2C-RFID阅读器芯片、I2C-RTC，.，等。8-lead SOICA0 A1 A2GNDVDD WPSCL SDA图10-2-2 AT24C01引脚功能182736454) GPIO模拟I2C电路实例5) 硬件抽象层主要需要实现下列9个函数,实现之后就基本可屏蔽MCU的硬件细节：delay5us()，延时基准函数，400kbps，约5us传输1比特，若对速度要求不高，不需要很精确，软件延时即可； I2C_Init()，I2C/GPIO端口引脚初始化函数； SET_SDA()，在SDA总线上输出数据

7、“1”函数； CLR_SDA()，在SDA总线上输出数据“0”函数； IN_SDA()， 读 入 数 据 线 状 态 函 数 ； SET_SCL()，在SCL总线上输出高电平函数； CLR_SCL()，在SCL总线上输出低电平函数； SET_SDA_OUT_MODE()，设置SDA为输出数据模式；SET_SDA_IN_MODE()，设置SDA为输入数据模式。01/STM32基本定义02#include stm32f10x.h03/根据字地址转定义IO寄存器04#define MEM_ADDR_TO_IO_REG(addr)05/字地址转位地址计算公式06#define WORD_ADDR_TO

8、_BIT_ADDR(waddr, bitnum).0708/根据位地址定义位IO寄存器09#define BIT_IO_REG(waddr, bitnum) .1011/计算ODR、IDR绝对地址12#define GPIOC_ODR_Addr(GPIOC_BASE+12)13#define GPIOC_IDR_Addr(GPIOC_BASE+8)14/定义输入输出宏15#define PCout(n)BIT_IO_REG(GPIOC_ODR_Addr,n)/定义位输出宏16#define PCin(n)BIT_IO_REG(GPIOC_IDR_Addr,n)/定义位输入宏17/GPIOI2C

9、硬件抽象层代码18/引脚定义19#define SCLPCout(0)/PC0 SCL_out20#define SDAPCout(1)/ PC1SDA_out21/延时函数定义，可软件不精确实现或定时器精确实现22void delay5us()char i;for(i=20;i0;i-) i=i;23void delay1ms(int n) for(n=n*200;n;n-) delay5us();24/基本IO操作25#defien SET_SDA()SDA=126#define CLR_SDA()SDA=027#define SET_SCL()SCL=128#define CLR_SCL

10、()SCL=029int IN_SDA(void)SDA=1; return ( PCin(1) ); 30void I2C_Init(void) 31/(1)令GPIOC端口时钟使能32RCC-APB2ENR |= (1APB2ENR-GPIOC口时钟。33/(2)清除PC0、PC1 模式位34GPIOC-CRL &= ( 0x0FCRL &= ( 0x0FCRL |= (5CRL寄存器,3-0位=0101b，浮空开漏输出模式38GPIOC-CRL |= (5CRL &= ( 0x0FCRL |= (8CRL &= ( 0x0FCRL |= (54*1);52SDA=1;/关闭SDA的OD输

11、出门，由上拉驱动5354556)I2C协议底层信号要实现下列7个函数start() stop()ack()nack() getAck() sendByte() recvByte()void start() /START 信号SET_SDA();delay5us(); SET_SCL();delay5us(); CLR_SDA();delay5us(); CLR_SCL();/SDA = 1;/SCL = 1;/SDA = 0;/SDA/SCL = 0;void stop()/STOP信号/SDA = 0;CLR_SDA();delay5us(); SET_SCL();delay5us();SE

12、T_SDA();delay5us(); CLR_SCL();/SCL = 1;/SDA = 1;/SDA = 0;void ack() /主器件发应答信号CLR_SDA(); SET_SCL();delay5us(); CLR_SCL(); SET_SDA();/SDA = 0;/SCL = 1;/SCL = 0;/SDA = 1;void nack() /主器件发非应答信号SET_SDA();/SDA = 1;delay5us(); SET_SCL();/SCL = 1;delay5us(); CLR_SCL(); /SCL = 0;unsigned char getAck()unsigne

13、d char flag,i; delay5us();/获取从器件应答信号SET_SDA_IN_MODE();delay5us(); SET_SCL();for(i=0;i10;i+)delay5us();flag = IN_SDA(); if(flag=0) break;/SCL = 1;CLR_SCL();delay5us(); ack_flag=flag; return flag;/SCL = 0;unsigned char sendByte(unsigned char dat)unsigned char i; for(i = 0; i 8; i+)delay5us();if( dat&0

14、x80 )else delay5us(); SET_SCL();delay5us(); CLR_SCL();dat = dat 1; SET_SDA(); CLR_SDA(); /SCL = 1;/SCL = 0;return getAck();在时钟上升沿前输出SDA数据unsigned char recvByte()unsigned char i, tmp, dat; SET_SDA_IN_MODE();for(i = 0; i 8; i+)delay5us(); SET_SCL();delay5us(); if(IN_SDA() = 1)tmp = 1; else tmp = 0;dat

15、 = (dat 1) | tmp; CLR_SCL();return dat;在时钟下降沿前取样SDA7)主控制器高层I2C协议实现writeByte(),读指定存储单元数据readByte(),写指定存储单元数据writeBlock(),读指定位置数据块readBlock(),写指定位置数据块#define #define #defineSLAVE_ADDR 0xA0 CMD_WRITE 0x00 CMD_READ 0x01/ AT24C02 /AT24C02 EEPROMvoid writeByte(unsigned char addr,unsigned char dat)start();

16、 SendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE);/delay2Ms();sendByte(addr); /写地址计数器/delay2Ms();sendByte(dat); stop();/delay2Ms();/写存储数据主发送模式：PA/A数据A数据A从器件地址WSunsigned char readByte(unsigned char addr)unsigned char dat; start();sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE);sendByte(addr); stop();start();/写AT24C02地址计数器sendByte(SLAV

17、E_ADDR|CMD_READ); dat = recvByte();nack();stop(); return dat;主接收模式：PA数据A数据A从器件地址RSvoid writeBlock( unsigned char addr, unsigned char * dats, unsigned char length)unsigned char i;start(); sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE); sendByte(addr);start(); sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE);for(i = 0; i length; i+) s

18、top();delay10Ms();sendByte(datsi);主发送模式：PA/A数据A数据A从器件地址WSvoid readBlock( unsigned char addr,unsigned char * buffer, unsigned char size) int i; start();int count = size - 1;sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_WRITE); sendByte(addr);stop();start(); sendByte(SLAVE_ADDR|CMD_READ);for(i = 0; i count; i+) bufferi = recvByte(); buffercount = recvByte();nack