原创 STM32系列之四旋翼（三） 模拟I2C通信

由于MPU6050只支持I2C通信接口，而且STM32的硬件I2C存在一些瑕疵，所以，用STM32做四旋翼的话，学习一下用IO口模拟I2C的方法还是很有必要的。

我们从下面几个方面熟悉如何软件模拟I2C：

（1）空闲状态

当SDA和SCL两条线同时都为高电平时，I2C总线处于空闲状态，一旦I2C总线上有一个从机拉低了SDA线，则I2C总线被占用，处于BUSY状态，其它的从机想要与主机通信就只能等I2C总线再次处于空闲状态。

（2）SDA与SCL为什么要配置成开漏模式？

开漏输出能够方便地实现“线与”逻辑功能，即多个开漏的引脚可以直接并在一起（不需要缓冲隔离）使用，只要有一个引脚变为低，则开漏线上的逻辑也就为0了，这也是I2C判断总线占用的原理。

（3）如何用一个引脚实现双向通信？

GPIO处于输出状态时，GPIO端口的施密特触发器处于开启状态，这意味着处理器可以从“输入数据寄存器”读到外部电路的信号，监控I/O端口的状态，从而实现虚拟的I/O端口双向通信，只要处理器输出逻辑“1”，I/O端口的电平将完全由外部电路决定。

（4）I2C通信开漏引脚为什么接上拉电阻？

因为开漏模式的输出“逻辑0”时，引脚被连接到GND，输出“逻辑1”时，引脚悬空，即只能输出低电平，所以要想有输出功能就必须接上拉电阻，通过上拉电阻将总线拉为高电平。

（5）主机怎样识别不同的从机？

每个I2C通信的设备都有一个7位从机地址，如MPU6050的从机地址为b110100X，第七位的值由AD0引脚的逻辑电平决定，如果AD0引脚接地，则从机地址就是b1101000，如果AD0引脚接高电平，则从机地址为b1101001，由于这个原因，两个MPU6050可以接到同一个I2C总线上，通过I2C通信的设备的从机地址一把都能在对应的数据手册查到，如下面的电路，它的从机地址就为b1101000：

（6）怎样确定数据的传输方向？

前面我们说到从机的地址是7位的，而数据传输一般都是以8位传输的，所以在向总线写从机地址的时候，在地址后面加一位构成一个8位的数据，0则表示主机写数据到从机，1则表示主机从从机读取数据，请看下面的图，AD表示地址，W表示写（在地址后面加一位：0），R表示读（在地址后面加一位：1）：

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（7）I2C通信速率

MPU6050的I2C规定的最大传输速率为400KHz，最低的标准速度为100KHz，则按照这个频率计算，脉冲的周期为2.5us~10us之间，比这个时间长不行，短了也不行，这个在编程时，需要重视。

（8）起始信号/停止信号

从上面的图中可以看到起始信号S的定义是：当主机的时钟信号SCL为高电平期间，SDA的电平有高电平变为低电平即为起始信号；

当主机的时钟信号SCL为高电平期间，SDA的电平从低变为高即为停止信号P。

（9）应答信号与非应答信号

从上图中可以看到：

当主机的时钟信号SCK为高电平，SDA的电平为低时是应答信号（acknowledge）；当主机的时钟信号SCK为高，SDA为高电平时是非应答信号（not acknowledge）。

（10）模拟I2C起始信号时，需要注意：只有SCK为低电平时才能改变SDA的点电平状态，否则可能产生停止信号：

其中I2C_SDA_LOW、I2C_SCL_HIGH等是宏定义，如下：

（11）写完一个字节后要将SCL拉低，钳住SCL，使通信处于等待的状态，并且将SDA拉高，释放主机对SDA的控制，以便从机能够获得SDA的控制权，发出响应信号，所以下面几句代码必须要有：

（12）读取从机的数据时，读取最后一个字节后要向从机发送一个非应答信号，让从机释放SDA的控制权，以便主机能够获得SDA控制权并且发送停止信号，结束数据传输。

其他部分就不一一介绍了，参考时序图编写即可。

到这里，今天的内容就结束了。

如果有写的不合适的地方，还请大家多多指教。如果你有兴趣，也可以一起讨论，互相学习，共同进步。 （微信号 ：c18093458455)