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STM32:IIC详解

article 2024/11/5 5:08:17

文章目录

1.IIC历史
2.IIC优劣势
3.IIC时序
- 3.1 初始化IIC
- 3.2 产生IIC起始信号
- 3.3 产生IIC停止信号
- 3.4 等待ACK
- 3.5 产生ACK / 不产生ACK
- 3.6 IIC发送一个字节
- 3.7 IIC读取一个字节
- 3.8 IIC发送多字节
- 3.9 IIC读取多字节
4 IIC问题
- 4.1 STM32 HAL库的IIC设备地址没有左移

1.IIC历史

IIC (Inter-Integrated Circuit), 通常发音为： I-squared-C，是多主、多从、分组交换、单工的串行总线，通常用于处理器或微控制器与低速外围器件的短距离通信连接。这个通信协议是由（NXP半导体的前生）飞利浦公司发明，并在2006年开始，I2C协议的实施不要许可费，但仍要收取I2C从机分配地址的费用。

Philips Semiconductors（现为 NXP Semiconductors）开发了一种简单的用于高效 IC 间控制的双向 2 线总线，称为 Inter-IC 或 I2C总线。只需要两条总线线：一条串行数据线（SDA）和一条串行数据线时钟（SCL）。串行、8 位定向、双向数据传输可以是在标准模式下以高达 100 kbit/s 的速度制造，在快速模式下高达 400 kbit/s，向上在增强型快速模式（Fm+）中高达 1 Mbit/s，在高速模式下高达 3.4 Mbit/s。超快速模式是一种单向模式，数据传输速度高达 5 Mbit/s。

I2C 总线是事实上的世界标准，现在已在 1000 多种不同的由 50 多家公司制造的 IC。此外，多功能 I2C 总线用于各种控制架构，如系统管理总线（SMBus）、电源管理总线（PMBus）、智能平台管理接口（IPMI）、显示器数据通道（DDC）和高级电信计算架构（ATCA）。

IIC 协议规范英文版（NXP）：https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf

2.IIC优劣势

优点：硬件资源节约，协议设计精巧，易用，多用与传输命令等，使用广泛易移植。
缺点：传输速率较慢。

3.IIC时序

3.1 初始化IIC

//初始化IIC
void PCA9557_Init(void)
{					     
 	RCC->APB2ENR |= 1<<4;//先使能外设IO PORTC时钟 							 
	GPIOC->CRH &= 0XFFFF00FF;//PC10/11 推挽输出
	GPIOC->CRH |= 0X00003300;	   
	GPIOC->ODR |= 1<<10;     //PC10 输出高
	GPIOC->ODR |= 1<<11;     //PC11 输出高
}

3.2 产生IIC起始信号

//产生IIC起始信号
void PCA9557_Start(void)
{
	PCA9557_SDA_OUT(); //sda线输出
	PCA9557_SDA=1;
	PCA9557_SCL=1;
	delay_us(4);
	PCA9557_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
	delay_us(4);
	PCA9557_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}

3.3 产生IIC停止信号

//产生IIC停止信号
void PCA9557_Stop(void)
{
	PCA9557_SDA_OUT();//sda线输出
	PCA9557_SCL=0;
	PCA9557_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
	delay_us(4);
	PCA9557_SCL=1;
	PCA9557_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);
}

3.4 等待ACK

//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
uint8_t PCA9557_Wait_Ack(void)
{
	uint8_t ucErrTime=0;
	PCA9557_SDA_IN(); //SDA设置为输入
	PCA9557_SDA=1;delay_us(1);
	PCA9557_SCL=1;delay_us(1);
	while(PCA9557_READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			PCA9557_Stop();
			return 1;
		}
	}
	PCA9557_SCL=0;//时钟输出0
	return 0;
}

3.5 产生ACK / 不产生ACK

//产生ACK应答
void PCA9557_ACK(void)
{
	PCA9557_SCL=0;
	PCA9557_SDA_OUT();
	PCA9557_SDA=0;
	delay_us(2);
	PCA9557_SCL=1;
	delay_us(2);
	PCA9557_SCL=0;
}

//不产生ACK应答
void PCA9557_NAck(void)
{
	PCA9557_SCL=0;
	PCA9557_SDA_OUT();
	PCA9557_SDA=1;
	delay_us(2);
	PCA9557_SCL=1;
	delay_us(2);
	PCA9557_SCL=0;
}

3.6 IIC发送一个字节

//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
uint8_t PCA9557_Send_Byte(uint8_t txd)
{
	uint8_t t;
	PCA9557_SDA_OUT();
	PCA9557_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
	for(t=0;t<8;t++)
	{
		if (txd&0x80) PCA9557_SDA = 1;
		else PCA9557_SDA = 0;
		txd<<=1;
		delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的
		PCA9557_SCL=1;
		delay_us(2);
		PCA9557_SCL=0;
		delay_us(2);
	}
	t=PCA9557_Wait_Ack();  //这里固定只要写字节就需要等待应答
	return (t);
}

3.7 IIC读取一个字节

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
uint8_t PCA9557_Read_Byte(uint8_t ack)
{
	uint8_t i,receive=0;
	PCA9557_SDA_IN();//SDA设置为输入
	for(i=0;i<8;i++ )
	{
		PCA9557_SCL=0;
		delay_us(2);
		PCA9557_SCL=1;
		receive<<=1;
		if(PCA9557_READ_SDA)receive |= 1;
		delay_us(1);
	}
	if (!ack)
	PCA9557_NAck();//发送nACK
	else
	PCA9557_ACK(); //发送ACK
	return receive;
}

3.8 IIC发送多字节

uint8_t PCA9557Write(uint8_t addr, uint8_t len, uint8_t *pData)
{
	uint8_t i;
	PCA9557_Start();
	if(PCA9557_Send_Byte(PCA9557_ADDR_WRITE)==1)
	{
		PCA9557_Stop();
		return 0;
	}
	if(PCA9557_Send_Byte(addr)==1)
	{
		PCA9557_Stop();
		return 0;
	}
	for(i = 0; i < len; i++)
	{
		if(PCA9557_Send_Byte(pData[i])==1)
		{
			PCA9557_Stop();
			return 0;
		}
	}
	PCA9557_Stop();
	
	return 1;
}

3.9 IIC读取多字节

uint8_t PCA9557Read(uint8_t addr,uint8_t len,uint8_t *pData)
{
	uint8_t i;
	PCA9557_Start();
	if(PCA9557_Send_Byte(PCA9557_ADDR_WRITE)==1)
	{
		PCA9557_Stop();
		return 0;
	}
	if(PCA9557_Send_Byte(addr)==1)
	{
		PCA9557_Stop();
		return 0;
	}
	PCA9557_Start();
	if(PCA9557_Send_Byte(PCA9557_ADDR_READ)==1)
	{
		PCA9557_Stop();
		return 0;
	}
	for(i=0; i<len-1; i++)
	{
		pData[i] = PCA9557_Read_Byte(1);
	}
	pData[len-1] = PCA9557_Read_Byte(0);
	PCA9557_Stop();
	
	return 1;
}

4 IIC问题

4.1 STM32 HAL库的IIC设备地址没有左移

#define I2C_7BIT_ADD_WRITE(__ADDRESS__)                    ((uint8_t)((__ADDRESS__) & (uint8_t)(~I2C_OAR1_ADD0)))
#define I2C_7BIT_ADD_READ(__ADDRESS__)                     ((uint8_t)((__ADDRESS__) | I2C_OAR1_ADD0))

底层中并没有把设备的地址左移，而是直接把最低位改为“0”或“1”，需要自己把器件地址的左移了一位。

	stat = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,(PCA9557_I2C_BUS_ADDR << 1),PCA9557_INPUT_REG,1,&io_statu,1,0xFF);
	
	if(stat != 0 )
	{
	  LOG_INFO("io %d Read Error STAT %d\r\n",io,stat);
	}