STM32HAL库--IIC实验(速记版)

STM32 的普通 IO 口模拟 IIC 时序，可实现与 EEPROM 外设双向通信。

IIC 简介

IIC(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器以及其外围设备。

IIC 是由数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成的串行总线。

IIC 总线有如下特点：

① 数据线用来传输数据，时钟线用来同步数据收发。

② 总线上每个器件都有唯一器件地址，只需知道器件地址，根据时序即可实现微控制器与器件之间的通信。

③ 数据线 SDA 和时钟线 SCL 都是双向线路，空闲时都是 SDA 和 SCL 都是高电平。

④ IIC 传输速率在标准模式下可达 100kbit/s 在快速模式下可达 400kbit/s 在高速模式下可达 3.4Mbit/s。

⑤ IIC 总线支持多设备挂载在上面，同时支持多从机，连接到总线的接口数量只受总线电容 400pF 的限制。

IIC总线协议

IIC 时序是经典面试题。

① 起始信号。SCL 高电平期间，SDA 出现下降沿就表示起始位。

② 停止信号。SCL 高电平期间，SDA 出现上升沿就表示停止位。

③ 应答信号。IIC 发送完 8 位数据以后会将 SDA 改成输入状态，等待 IIC 从机应答。从机会在主机提供的 SCL 时钟信号下将 SDA 拉低，代表成功应答。

④ 数据有效性。在 SCL 高电平期间，SDA 必须保持稳定。因此 SCL 低电平期间， SDA 电平状态才允许变化。

⑤ 数据传输。在 SCL 配合下， SDA 上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。

⑥ 空闲状态。SCL 和 SDA 同时处于高电平时，总线处于空闲状态。

IIC 读写通讯过程

IIC 的读写通讯过程，包括写操作，即主机写数据到从机，读操作，主机从从机读取数据。

写时序的具体步骤：

1)、起始信号。

2)、发送 I2C 设备地址，等应答。设备地址是 8 位数据，前 7 设备地址，最后位是读写位。

3)、重新发起始信号，发送要写写入数据的寄存器地址。等应答。

4)、发送要写入寄存器的数据。等应答。

5)、停止信号。

读时序具体步骤：

1)、主机发送 START 信号。

2)、主机发送要读取的 I2C 从设备地址+读写位。7 位设备地址，最后一位读写位。等应答。

3)、重新发送 START 信号。主机发送要读取的寄存器地址。等应答。

4)、重新发送 START 信号。重新发送要读取的 I2C 从设备地址+读写位。等应答。

5)、从 I2C 器件里面读取到数据。

6)、主机发出 NO ACK 信号，表示读取完成，不需要从机再发送 ACK 信号了。

7)、主机发出 STOP 信号，停止 I2C 通信。

I2C 多字节读写时序：

有时候我们需要读写多个字节，多字节读写时序和单字节的基本一致，只是在读写数据的时候可以连续发送多个自己的数据，其他的控制时序都是和单字节一样的。

24C02 简介

24C02 是一个 2K bit 的串行 EEPROM 存储器，内部含有 256 个字节。在 24C02 里面还有一个 8 字节的页写缓冲器。该设备的通信方式 IIC，通过其 SCL和 SDA与其他设备通信，芯片的引脚图如图 36.1.2.1 所示。

图中 WP 是写保护引脚，接高电平只读，接地允许读和写，阿波罗板子上该引脚接地。 24C02 的设备地址是包括不可编程部分和可编程部分，可编程部分是根据上图的硬件引脚A0、A1 和 A2 所决定。设备地址最后一位用于设置数据的传输方向，即读操作/写操作，0 是写操作，1 是读操作，具体格式如下图 36.1.2.2 所示：

根据阿波罗板子的设计，A0、A1 和 A2 均接地处理，所以 24C02 设备的读操作地址为：0xA1；写操作地址为：0xA0。

IIC 访问 EEPROM 配置流程

1）使能 IIC 的 SCL 和 SDA 对应的 GPIO 时钟。SDA 线的 GPIO 模式使用开漏输出模式（硬件已接外部上拉电阻，也可以用内部的上拉电阻。SCL 线的 GPIO 模式使用推挽输出模式，通过函数 HAL_GPIO_Init 设置实现。

2）设置对应 GPIO 工作模式（SCL 推挽输出 SDA 开漏输出）。

3）参考 IIC 总线协议，编写信号函数（起始信号，停止信号，应答信号）
        起始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变。
        停止信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变。
        应答信号：接收到 IC 数据后，向 IC 发出特定的低电平脉冲表示已接收到数据。

4）编写 IIC 的读写函数
通过参考时序图，在一个时钟周期内发送 1bit 数据或者读取 1bit 数据。读写函数均以一字节数据进行操作。有了读和写函数，我们就可以对外设进行驱动了。

IIC 总线 I/O 扩展

PCF8574 简介

PCF8574是飞利浦公司推出的一款带 IIC 总线，可使大多数 MCU实现远程 I/O 扩展。该器件包含一个 8 位准双向口和一个 IIC 总线接口。它还带有一条中断接线（INT）可与 MCU 的中断逻辑相连，通过 INT 发送中断信号，远端 I/O 口不必经过 IIC 总线通信就可通知 MCU 是否有数据从端口输入，这意味着 PCF8574 可以作为一个单被控器。

阿波罗开发板使用的PCF8574采用SO16封装，总共16个脚，其中包括：8个准双向IO口（P0~P7）、3 个地址线（A0~A2）、SCL、SDA、INT、VDD 和 VSS。每个 PCF8574T 只需要最少 2 个 IO口，就可以扩展 8 路 IO，且支持一个 IIC 总线上挂最多 8 个 PCF8574T，这样通过 2 个 IO，最多可以扩展 64 个 IO 口。

PCF8574 寻址：

一个 IIC 总线上，最多可以挂 8 个 PCF8574T（通过 A0~A2 寻址），PCF8574T 的从机地址格式如图 37.1.1 所示：

A0~A2 为 PCF8574T 的寻址信息，我们开发板上 A0~A2 都是接 GND 的，所以，PCF8574T 的地址为：0X40。最后一位是读/写信号。

写数据：

发送 PCF8574T 的从机地址+写信号（R/W=0），然后等待 PCF8574 的应答信号，在应答成功后，发送数据（DATA1）给 PCF8574T 就可以了。

读数据：

发送 PCF8574T 的从机地址+读信号（R/W=1），然后等待 PCF8574T 应答（注意：PCF8574T 在发送应答的同时，会锁存 P0~P7 的数据），然后读取 P0~P7 的数据。数据读取支持连续读取，在最后的时候发送 STOP 信号，即可完成读数据操作。

中断：

PCF8574T中的中断引脚（INT）提供了一种高效的通知机制，使得微控制器（MCU）无需通过耗时的I²C总线通信就可以得知I/O端口状态的变化。当使用PCF8574T作为远程I/O扩展器时，其8个端口可以配置成输入或输出。当这些端口被配置为输入时，其中任意一个端口状态发生改变（比如从低电平变为高电平，或从高电平变为低电平），INT引脚就会产生一个中断信号，即INT引脚被拉低到低电平(平时 INT 为高，开漏，接了上拉电阻)。

特别指出的是，当INT引脚产生中断后，MCU必须通过I²C总线对PCF8574T进行一次读取或写入操作，以清除中断标志（INT 恢复高电平），也就是所谓的中断复位。如果不这样做，INT引脚将保持在低电平状态，不会响应下一次的输入信号变化产生的中断请求。