原创 【博客大赛】STM32的I2C协议操作

I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。

I2C总线特点

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I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

I2C总线工作原理

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总线的构成及信号类型

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　　I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。

　　I2C总线在传送数据过程**有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

　　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。

　　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。

　　应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

　　这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

　　目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口

　　I2C 总线是一种用于IC器件之间连接的双向二线制总线，所谓总线它上面可以挂多个器件，并且通过两根线连接，占用空间非常的小，总线的长度可长达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持4个组件。它的另一优点是多主控，只要能够进行接收和发送的设备都可以成为主控制器，当然多个主控不能同一时间 工作。

　　I2C总线有两根信号线，一根为SDA（数据线），一根为SCL（时钟线）。任何时候时钟信号都是由主控器件产生。

I2C总线操作

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I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。

　　控制字节

　　在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。

　　写操作

　　写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。

　　读操作

　　读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。

I2C总线应用

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目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，三星的S3C24XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口。

举常I2C器件/I2C Device

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　　1、存储器类： ATMEL公司的AT24CXX系列EEPROM；

　　2、I2C总线8位并行IO口扩展芯片PCF8574/JLC1562；

　　3、I2C接口实时时钟芯片DS1307/PCF8563/SD2000D/M41T80/ME901/ISL1208/；

　　4、I2C数据采集ADC芯片MCP3221（12bitADC）/ADS1100（16bitADC）/ADS1112（16bitADC）/MAX1238（12bitADC）/MAX1239（12bitADC）；

　　5、I2C接口数模转换DAC芯片DAC5574（8bitDAC）/DAC6573（10bitDAC）/DAC8571（16bitDAC）/；

　　6、I2C接口温度传感器TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625

STM32的硬件I2C使用起来不是很好，所以我用模拟的I2C,虽然速度不及硬件I2C,在一般的应用中还是不错的.帖上代码.H文件内容如下:

＃i nclude "stm32f10x.h"
#ifndef _TWI_H_
#define _TWI_H_

//条件编译 1:使用软件模拟I2C
#define TWI_ENABLE 1

#define TWI_SCL_0 GPIOB->BRR=GPIO_Pin_8
#define TWI_SCL_1 GPIOB->BSRR=GPIO_Pin_8
#define TWI_SDA_0 GPIOB->BRR=GPIO_Pin_9
#define TWI_SDA_1 GPIOB->BSRR=GPIO_Pin_9
#define TWI_SDA_STATE (GPIOB->IDR&GPIO_Pin_9)

enum ENUM_TWI_REPLY
{
TWI_NACK=0
,TWI_ACK=1
};

enum ENUM_TWI_BUS_STATE
{
TWI_READY=0
,TWI_BUS_BUSY=1
,TWI_BUS_ERROR=2
};

#define TWI_RETRY_COUNT 3 //重试次数

extern void Delay_mS(u32 n);
#define DELAY Delay_mS(40)
#define RETRY_DELAY Delay_mS(50)

void TWI_Initialize(void);
u8 TWI_START(void);
void TWI_STOP(void);
u8 TWI_SendByte(u8 Data);
u8 TWI_ReceiveByte(void);
void TWI_SendACK(void);
void TWI_SendNACK(void);
#endif

C文件如下:

＃i nclude "TWI.h"
＃i nclude "Global.h"
#define TWI_NOP TWI_Delay()

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_Delay
* 描 述:延时函数
*******************************************************************************/
void TWI_Delay(void)
{
u32 i=5;
while(i--);
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_Initialize
* 描 述:I2C初始化函数
*******************************************************************************/
void TWI_Initialize(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;
TWI_SDA_1;
TWI_SCL_1;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
//////DebugPrint("Software TWI Initializing...\n");
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_START
* 描 述:发送启动
*******************************************************************************/
u8 TWI_START(void)
{
TWI_SDA_1;
TWI_NOP;
TWI_SCL_1;
TWI_NOP;

if(!TWI_SDA_STATE)
{
////DebugPrint("TWI_START:BUSY\n");
return TWI_BUS_BUSY;
}
TWI_SDA_0;
TWI_NOP;
TWI_SCL_0;
TWI_NOP;

if(TWI_SDA_STATE)
{
////DebugPrint("TWI_START:BUS ERROR\n");
return TWI_BUS_ERROR;
}
return TWI_READY;
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_STOP
* 描 述:发送停止位
*******************************************************************************/
void TWI_STOP(void)
{
TWI_SDA_0;
TWI_NOP;
TWI_SCL_1;
TWI_NOP;

TWI_SDA_1;
TWI_NOP;
// TWI_SCL_0;
// TWI_NOP;

//////DebugPrint("TWI_STOP\n");
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_SendACK
*******************************************************************************/
void TWI_SendACK(void)
{
TWI_SDA_0;
TWI_NOP;
TWI_SCL_1;
TWI_NOP;
TWI_SCL_0;
TWI_NOP;
//////DebugPrint("TWI_SendACK\n");
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_SendNACK
* 描 述:收到数据,发送NACK
*******************************************************************************/
void TWI_SendNACK(void)
{
TWI_SDA_1;
TWI_NOP;
TWI_SCL_1;
TWI_NOP;
TWI_SCL_0;
TWI_NOP;
//////DebugPrint("TWI_SendNACK\n");
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_SendByte
* 描 述:发送一个字节
*******************************************************************************/
u8 TWI_SendByte(u8 Data)
{
u8 i;
TWI_SCL_0;
for(i=0;i<8;i++)
{
//---------数据建立----------
if(Data&0x80)
{
TWI_SDA_1;
}
else
{
TWI_SDA_0;
}
Data<<=1;
TWI_NOP;
//---数据建立保持一定延时----
//----产生一个上升沿[正脉冲]
TWI_SCL_1;
TWI_NOP;
TWI_SCL_0;
TWI_NOP;//延时,防止SCL还没变成低时改变SDA,从而产生START/STOP信号
//---------------------------
}
//接收从机的应答
TWI_SDA_1;
TWI_NOP;
TWI_SCL_1;
TWI_NOP;
if(TWI_SDA_STATE)
{
TWI_SCL_0;
//////DebugPrint("TWI_NACK!\n");
return TWI_NACK;
}
else
{
TWI_SCL_0;
//////DebugPrint("TWI_ACK!\n");
return TWI_ACK;
}
}

/*******************************************************************************
* 函数名称:TWI_ReceiveByte
* 描 述:接收一个字节
*******************************************************************************/
u8 TWI_ReceiveByte(void)
{
u8 i,Dat;
TWI_SDA_1;
TWI_SCL_0;
Dat=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
TWI_SCL_1;//产生时钟上升沿[正脉冲],让从机准备好数据
TWI_NOP;
Dat<<=1;
if(TWI_SDA_STATE) //读引脚状态
{
Dat|=0x01;
}
TWI_SCL_0;//准备好再次接收数据
TWI_NOP;//等待数据准备好
}
//////DebugPrint("TWI_Dat:%x\n",Dat);
return Dat;
}