14 STM32 - IIC （时序图+软件源码）

14.1 IIC简介

IIC（Inter-Integrated Circuit），中文集成电路总线，是一种串行通信总线，使用多主从架构。I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。主设备通过两个IO口便可以访问许多设备，因此可以节约IO口。IIC主从之间只有一根数据线，可以收数据，也可以发数据，但是不能同时收发，因此IIC属于半双工的通信模式。IIC硬件电路通常两根线接4.7K-10K电阻上拉到3.3V。结构如下图所示。
在这里插入图片描述

14.2 IIC时序

IIC两根线传输数据的信号分为开始信号，传输信号，应答信号，结束信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高向低跳变。
传输信号：SCL为高电平时，SDA的电平信号(整个SCL为高时，要确保SDA信号保持不变，只有SCL低电平时，SDA电平才能改变)。
应答信号：传输信号完成后，SDA在SCL低电平时输出高电平，然后修改为输入模式，待SCL为高时读取SDA电平，为高是否定应答信号，为低是肯定应答信号。
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低向高跳变。
如下图，即完成一次8字节数据传输，发送的数据为：0xB2，(二进制: 10110110)
在这里插入图片描述

1: 开始信号；
2：数据改变，只有SCL为低时才能修改；
3-10：数据传输，数据为0xB2，(二进制: 10110110)
11：应答信号：高为从机确定收到数据，低为从机不确定收到数据
12: 结束信号

14.3 软件模拟源码：

#include "soft_iic.h"
#include "delay.h"//IO操作函数     
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA     
#define READ_SDA   PBin(7)  //输入SDA //IO方向设置
#define SDA_IN()  { GPIOB->MODER&=~(3<<(7*2));GPIOB->MODER|=0<<7*2; }  //PB7输入模式
#define SDA_OUT() { GPIOB->MODER&=~(3<<(7*2));GPIOB->MODER|=1<<7*2; }  //PB7输出模式//初始化IIC
void IICInit(void)
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;//GPIOB8,B9初始化设置GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;   //普通输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;  //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;    //上拉GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);          //初始化IIC_SCL=1;IIC_SDA=1;
}//产生IIC起始信号
static void IIC_Start(void)
{SDA_OUT();     //sda线输出IIC_SDA=1;IIC_SCL=1;DelayUs(4);IIC_SDA=0;    //START:when CLK is high,DATA change form high to low DelayUs(4);IIC_SCL=0;    //钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}//产生IIC停止信号
static void IIC_Stop(void)
{SDA_OUT();  //sda线输出IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;  //STOP:when CLK is high DATA change form low to highDelayUs(4);IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;  //发送I2C总线结束信号DelayUs(4);                                   
}//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
static u8 IIC_Wait_Ack(void)
{u8 ucErrTime=0;SDA_IN();      //SDA设置为输入  IIC_SDA=1;DelayUs(1);       IIC_SCL=1;DelayUs(1);     while(READ_SDA){ucErrTime++;if(ucErrTime>250) // 超时错误{IIC_Stop();return 1;}}IIC_SCL=0; //时钟输出0        return 0; // 有应答返回0
}//产生ACK应答
static void IIC_Ack(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=0;DelayUs(2);IIC_SCL=1;DelayUs(2);IIC_SCL=0;
}//不产生ACK应答            
static void IIC_NAck(void)
{IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=1;DelayUs(2);IIC_SCL=1;DelayUs(2);IIC_SCL=0;
}static void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        u8 t;SDA_OUT();IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输for(t=0;t<8;t++){IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;txd<<=1;DelayUs(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的IIC_SCL=1;DelayUs(2);IIC_SCL=0;DelayUs(2);}
}static u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{unsigned char i,receive=0;SDA_IN();//SDA设置为输入for(i=0;i<8;i++ ){IIC_SCL=0; DelayUs(2);IIC_SCL=1;receive<<=1;if(READ_SDA)receive++;DelayUs(1); }if (ack)IIC_Ack(); //发送ACK   elseIIC_NAck(); //发送nACKreturn receive;
}

直接调用以上API函数，可以读写24C02(EEPROM)。

// 读1字节内容
u8 W24C_ReadOneByte(u16 addr, u8* data)
{IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xA0);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 1; // err}IIC_Send_Byte(addr>>8);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 2; // err}IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 3; // err}IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xA1);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 4; // err}data[0] = IIC_Read_Byte(0);IIC_Stop();return 0;
}// 读n字节内容
u8 W24C_ReadByte(u16 addr, u8* buf, u16 len)
{u16 i;IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xA0);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 1; // err}IIC_Send_Byte(addr>>8);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 2; // err}IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 3; // err}IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xA1);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 4; // err}for(i=0; i<len; i++){buf[i] = IIC_Read_Byte(1);}IIC_Stop();return 0;
}u8 W24C_WriteOneByte(u16 addr, u8 data)
{IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xA0);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 1; // err}IIC_Send_Byte(addr>>8);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 2; // err}IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 3; // err}IIC_Send_Byte(data);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 4; // err}IIC_Stop();DelayMs(5);return 0;
}u8 W24C_WriteByteHighSpeed(u16 addr, u8* data, u8 len)
{u8 i;IIC_Start();IIC_Send_Byte(0xA0);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 1; // err}IIC_Send_Byte(addr>>8);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 2; // err}IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);if(1 == IIC_Wait_Ack()){return 3; // err}for(i=0; i<len; i++){IIC_Send_Byte(data[i]);IIC_Wait_Ack();}IIC_Stop();DelayMs(5);return 0;            
}u8 W24C_WriteBytes(u16 addr, u8* data, u8 len)
{while(len--){W24C_WriteOneByte(addr,*data);addr++;data++;}return 0;
}