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2.STM32之通信接口《精讲》之IIC通信---软件实现IIC《深入浅出》面试必备！

article 2024/11/23 19:44:11

跟着上一节的步伐，继续前进！！！

（温馨提示：可以参考我以前51单片的存储芯片的读写实验的文章，类比一下IIC对不同器件的操作）

51单片机-AT24C02(IIC总线介绍及其时序编写步骤)-第一节（下一节实战）_24c02 232-CSDN博客

IIC既可以通过软件实现，又可以通过硬件实现！

mpu6050中文手册:MPU6050是一款由InvenSense公司生产的六轴运动处理组件，集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计，广泛应用于无人机、机器人、体感游戏设备等需要精确感知运动的场合。这款传感器支持I2C和SPI通信接口，能够提供高精度的姿态数据，是许多DIY项目和学术研究中的首选。 - GitCode

我们就先用软件实现IIC通信

本节将学习如何使用 MPU6050 模块。该模块的操作主要通过配置寄存器来完成：我们可以向寄存器写入数据以设置模块的工作模式（写入电路），也可以从寄存器读取数据（读出电路状态）以获取 MPU6050 处理后的传感器信息。

示例：配置采样率并读取加速度数据

假设我们想将 MPU6050 的采样率设置为 1kHz，并读取三轴加速度数据，步骤如下：

设置采样率：通过向 SMPLRT_DIV 寄存器写入值。例如，写入 0x07（十进制 7）可将采样率设置为 1kHz。
读取加速度数据：
- 从加速度的寄存器（ACCEL_XOUT_H 和 ACCEL_XOUT_L 等）读取 16 位的原始数据。
- 根据设定的量程（如 ±2g），将原始数据转换为实际加速度值。

通过配置和读取寄存器，我们可以灵活控制 MPU6050 的工作模式，并获取精准的运动和姿态数据，为后续开发提供强大支持。

我们以前学习时，主要是使用 STM32 内部集成的外设，通常可以直接调用 STM32 提供的库函数完成基本的配置。而本次学习的 MPU6050 属于 STM32 的外部外设，这就需要我们自己编写相关的函数来对 MPU6050 进行操作。

例如，我们需要手动实现以下基础功能：

初始化函数：配置 MPU6050 的基本参数，如电源管理、采样率、量程等。
数据读取函数：从 MPU6050 的寄存器中读取加速度、角速度或温度数据。
数据写入函数：向特定寄存器写入配置数据，设置其工作模式。
通信链路配置：通过 I²C 接口实现 STM32 和 MPU6050 之间的数据交互。

这些操作都需要参考 MPU6050 的数据手册，手册中详细列出了寄存器地址、配置选项和操作流程。通过对手册的学习和代码的实现，可以帮助我们深入理解 MPU6050 的工作原理和 STM32 的外设使用方法。

提出一个问题？单片机是如何通过IIC与外部设备通信的呢？我们都知道STM32操作自己的外设是可以通过自己内部的总线来配置相对应的寄存器，问题来了？MPU6050是单片机外部的设备，我们又应该怎样去配置他的寄存器呢？如果利用IIC应该怎样实现，使用USART又应该怎样实现呢？给出你的实现过程还有IIC和USART的实现对比表格？还要给出步骤，并举出一个例子，

再给大家讲个故事，很久很久以前，有一家大公司找到你，让你开发指定开发一款通讯协议，因为，他们觉得USART通信对他们来说资源太浪费了，而且扩展性还很差，于是找到你，让你为他们开发，他们给出了1个亿的奖金作为报酬！于是，你激动到起飞，但是，他们对这个协议提出了几点要求，要求一：通信收发双方必须只能有一个在读或写，要求二：收发双方必须要有回应，也就是我发送给你数据，你要给我回复你收没收到，要求三：要能与多个设备进行通信，每个通信的设备还要能够独立。要求四：收发双方的时钟要同步，也就是说，收发双方要有一个同步时钟来控制他们收和发的频率，要有一个时钟线来控制他们节奏，意思就是同呼吸，共命运！于是，经过你长达数个月的开发和研究，最终，你开发出来了个毛线。最后，大公司对你太失望了，便找了另外一家公司开发，不知该过了多久，有一天，你打开手机一看，以前找你的那家公司已经开始使用一款通信协议，你就好奇，然后，你就单枪匹马去了这家大公司，进入公司你问了他们一句，这是什么协议，别人告诉你，这是，IIC通信！最终，你怀着无比沉重的心情走出来这家公司。不知过了多久，IIC正式涌入市场，家喻户晓。

一句话，所有的外设模块，只要你能读指定地点的寄存器和写指定地点的寄存器，你就能对这个外设模块进行了完全控制

特性：

IIC（I²C, Inter-Integrated Circuit）总线是一种常用的串行通信协议，其主要特性包括以下几点：

1. 双线制通信

只需要两根信号线：SDA（数据线）和SCL（时钟线），用于数据传输和时钟同步。
节省硬件资源，适合简单的嵌入式系统。

2. 主从架构

主设备（Master）：控制通信，生成时钟信号，发起数据传输。
从设备（Slave）：响应主设备的请求，进行数据读写。
一个总线可以有多个主设备和多个从设备，但每次通信只有一个主设备处于活动状态。

3. 唯一设备地址

每个从设备通过唯一的7位或10位地址被主设备寻址。
主设备通过设备地址选择目标从设备，确保总线上多个设备间的通信不会冲突。

4. 半双工通信

数据在单条 SDA 线上按双向传输（主设备与从设备轮流发送或接收数据），但同一时刻只能单向通信。

5. 时钟同步

主设备生成时钟信号（SCL）并控制数据传输节奏。
支持不同速度设备的通信，通过从设备的时钟拉低（Clock Stretching）机制进行同步。

6. 数据传输特性

数据以字节为单位传输，每个字节后跟一个 ACK/NACK 信号（应答/非应答）。
数据传输遵循以下时序：
1. 起始信号（Start Condition）：SCL 高电平时，SDA 从高到低变化。
2. 数据传输：每次传输 8 位数据，从最高位开始。
3. 应答信号：接收方在第 9 个时钟周期发出应答（ACK/NACK）。
4. 停止信号（Stop Condition）：SCL 高电平时，SDA 从低到高变化。