STM32学习（十）

I2C模块内部结构

I2C（Inter-Integrated Circuit）模块是一种由Philips公司开发的二线式串行总线协议，用于短距离通信，允许多个设备共享相同的总线‌。

  • ‌硬件连接简单‌：I2C通信仅需要两条总线，即SCL（时钟线）和SDA（数据线），大大简化了系统的硬件设计‌12。
  • ‌支持多设备共享‌：在I2C总线中，可以挂载多个从设备，每个设备都有一个唯一的地址，主设备通过广播地址的方式与从设备进行通信‌25。
  • ‌传输速率灵活‌：I2C总线传输模式具有向下兼容性，传输速率在标准模式下可达100kbps，快速模式下可达400kbps，高速模式下更是可达3.4Mbps‌34。

引脚初始化

引脚映射表

引脚实现代码

void My_I2C_Init(){
//对I2C进行重映射RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);
//对PB8和PB9进行初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct)
}

连接电路

波特率

‌I2C的波特率指的是I2C总线上的数据传输速率，它可以根据不同的模式达到不同的速率‌。具体来说：

  • 在‌标准模式‌下，I2C的波特率为100kHz‌12。
  • 在‌快速模式‌下，I2C的波特率可以达到400kHz‌12。
  • 还有一些更高速的模式，如‌快速模式+‌，波特率可以达到1MHz‌1。

I2C总线中的波特率由主机控制，主机通过产生SCL（时钟线）信号来分配给所有从机，因此主机可以通过控制时钟信号频率来调节波特率，即控制通信速度‌。这种灵活性使得I2C总线能够适应不同的通信需求和应用场景。

占空比

在I2C总线通信中，占空比是指数据线（SDA）上的高电平持续时间与整个时钟周期（由时钟线SCL控制）的比例。这个比例决定了数据传输的稳定性和可靠性‌12。

在没有明确的情况下我们选择2/1的占空比

初始化I2C模块代码

void My_I2C_Init(){
//对I2C进行重映射RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);
//对PB8和PB9进行初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//开启I2C的时钟RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//施加复位信号RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,DISABLE);//释放复位信号I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct;I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 400000;//波特率400kI2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//标准的I2CI2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//占空比2:1I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStruct);I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);//闭合I2C1的总开关
}

写数据

数据发送的流程

主设备向从设备发送数据

  1. ‌发送起始信号‌：主设备在SCL（时钟线）为高电平时，将SDA（数据线）从高拉低，产生起始信号，通知所有从设备准备接收数据‌。
  2. ‌发送设备地址‌：主设备紧接着发送从设备的7位地址，以及一个写信号（通常是低电平），指示这是一个写操作‌。
  3. ‌等待从设备响应‌：从设备监测到自己的地址后，通过在下一个时钟周期拉低SDA线（发送ACK）来响应，确认它准备好了接收数据‌。
  4. ‌发送数据‌：主设备开始发送数据，每个字节数据后会跟着等待接收来自从设备的响应（ACK）。从设备在接收到每个字节后，都会发送一个ACK信号来确认‌。
  5. ‌发送停止信号‌：数据发送完毕后，主设备发送停止信号（SCL高时SDA从低变高），终止传输‌。

从设备向主设备发送数据

  1. ‌主设备初始化读取操作‌：主设备发送起始信号，然后发送从设备的地址以及一个读取位（通常是高电平），指示这是一个读取操作‌。
  2. ‌从设备响应‌：从设备监测到自己的地址后，通过发送ACK信号来响应‌。
  3. ‌主设备发送重复开始信号或停止信号‌：如果主设备计划在同一事务中连续读取多个从设备或进行连续读取，它可以发送重复开始信号来保持总线控制权。如果仅从当前从设备读取且读取操作即将结束，主设备在收到从设备的ACK后可直接发送停止信号‌。
  4. ‌从设备发送数据‌：在收到读取命令后，从设备开始发送数据。主设备在接收到每个字节后，都会发送一个ACK信号来确认。当接收到最后一个数据字节后，主设备可能会发送一个无效响应（NACK），然后发送停止信号来终止传输‌。

等待总线空闲

发送数据前要监控总线是否繁忙，从BUSY标志位来判断总线是否空闲，I2C_GetFlagStatus函数用来获取BUSY标志。I2C_GetFlagStatus 函数是一个在 STM32 微控制器的 I2C（Inter-Integrated Circuit）库函数中常用的函数，用于检查 I2C 接口的状态标志。这个函数通常用于轮询（polling）方式，以确定 I2C 总线上的特定事件或状态是否已经发生，例如数据传输完成、接收到起始信号、检测到错误等。

FlagStatus I2C_GetFlagStatus(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_FLAG);
  • I2Cx：指向要检查的 I2C 接口的指针。例如，对于 STM32F103 系列，可能是 I2C1 或 I2C2。
  • I2C_FLAG：要检查的特定 I2C 状态标志。这些标志在 STM32 的 I2C 库头文件中定义，通常是以 I2C_FLAG_ 开头的宏。
  • 返回值是 FlagStatus 枚举类型，它通常有两个可能的值：SET（标志已设置）和 RESET（标志未设置）。

发送起始位

发送起始位是向START寄存器内写数值1，使用函数I2C_GenerateStart完成。

I2C_GenerateStart 函数是用于生成 I2C 通信起始条件（START condition）的函数。在 I2C 通信中，起始条件是一个重要的信号，用于通知所有连接到总线的设备即将开始数据传输。当 NewState 参数为 ENABLE 时，I2C_GenerateStart 函数会设置相应的寄存器位，从而在 I2C 总线上生成一个起始条件。起始条件是一个在 SCL（时钟线）为高电平时，SDA（数据线）由高电平变为低电平的边沿。这个边沿会被所有连接到总线的 I2C 设备检测到，并通知它们即将开始数据传输。

void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
  • I2Cx：指向要操作的 I2C 接口的指针。在 STM32 微控制器中，这通常是 I2C1、I2C2 等。
  • NewState：这是一个 FunctionalState 枚举类型的值，用于指定是否生成起始条件。它可以是 ENABLE（生成起始条件）或 DISABLE（不生成起始条件）。

在发送起止位后我们需要确定起止位是否发送完毕，我们通过SB标志来判断。

while(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_SB) == RESET);

发送地址

AF标志位是ACK应答标志位，当AF为1时ACK答应失败未收到答应，ADDR寻址成功标志位，当寻址成功值为1，失败值为0。在发送地址前我们需要清理AF标志位的值然后发送地址。

I2C_ClearFlag(I2Cx,I2C_FLAG_AF);//清除AF
I2C_SendData(I2Cx,Addr & 0xfe);//发送地址和RW

在发送的过程中需要持续判断AF和ADDR标识符的状态

while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_ADDR) == SET){break;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -1;}
}

后续我们继续清除ADDR状态标示符

I2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR1);
I2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR2);

发送数据

发送数据过程中我们要持续监控ACK和发送数据寄存器的状态，AF为1标示为响应ACK，停止发送数据，BTF负责监控发送数据寄存器内是否有数据，保证在其空的情况下推送数据进入。

发送停止位

代码

int main(){My_I2C_Init();uint8_t commands[] = {0x00,0x8d,0x14,0xaf,0xa5};My_I2C_SendBytes(I2C1,0x78,commands,5);
}void My_I2C_Init(){
//对I2C进行重映射RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_I2C1,ENABLE);
//对PB8和PB9进行初始化RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//开启I2C的时钟RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//施加复位信号RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,DISABLE);//释放复位信号I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct;I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 400000;//波特率400kI2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//标准的I2CI2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//占空比2:1I2C_Init(I2C1,&I2C_InitStruct);I2C_Cmd(I2C1,ENABLE);//闭合I2C1的总开关
}int My_I2C_SendBytes(I2C_TypeDef *I2Cx,uint8_t Addr,uint8_t *pData,uint16_t Size){//等待总线空闲while(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_BUSY) == SET){}//发送起止位I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);//确定起止位是否发送完毕	while(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_SB) == RESET){}//发送地址//清除AFI2C_ClearFlag(I2Cx,I2C_FLAG_AF);I2C_SendData(I2Cx,Addr & 0xfe);while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_ADDR) == SET){break;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -1;//寻址失败}}//清除ADDRI2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR1);I2C_ReadRegister(I2Cx,I2C_Register_SR2);//发送数据 for(uint8_t i = 0;i<Size;i++){while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -2;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_TXE) == SET){break;}}I2C_SendData(I2Cx,pData[i]);}while(1){if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_AF) == SET){I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return -2;}if(I2C_GetFlagStatus(I2Cx,I2C_FLAG_BTF) == SET){break;}}//发送停止位I2C_GenerateSTOP(I2Cx,ENABLE);return 0;
}

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