IIC总线协议
IIC总线协议介绍
IIC：Inter Integrated Circuit，集成电路总线，是一种同步 串行 半双工通信总线。
总线就是传输数据通道
协议就是传输数据的规则
IIC总线结构图
① 由时钟线SCL和数据线SDA组成，并且都接上拉电阻，确保总线空闲状态为高电平
② 总线支持多设备连接，允许多主机存在，每个设备都有一个唯一的地址
③ 连接到总线上的数目受总线的最大电容400pf限制
④ 数据传输速率：标准模式100k bit/s 快速模式400k bit/s 高速模式3.4Mbit/s
起始信号
void iic_start(void)
{ /* SCL为高电平期间, SDA从高电平往低电平跳变*/IIC_SDA ( 1 ); IIC_SCL ( 1 );iic_delay( );IIC_SDA ( 0 ); iic_delay( );IIC_SCL ( 0 ); iic_delay( ); /* 钳住总线, 准备发送/接收数据 */
}
停止信号
void iic_stop(void)
{ /* SCL为高电平期间, SDA从低电平往高电平跳变*/IIC_SDA ( 0 ); iic_delay( );IIC_SCL ( 1 ); iic_delay( );IIC_SDA ( 1 ); /* 发送总线停止信号*/iic_delay( );
}
检测应答信号
uint8_t iic_wait_ack (void) /* return 1:fail 0:succeed*/
{ IIC_SDA (1); /* 主机释放SDA线 */iic_delay( );IIC_SCL (1); /* 从机返回ACK*/ iic_delay( );if ( IIC_READ_SDA ) /* SCL高电平读取SDA状态*/ {iic_stop(); /* SDA高电平表示从机nack */ return 1;}IIC_SCL(0); /* SCL低电平表示结束ACK检查 */ iic_delay( );return 0;
}
发送应答信号
void iic_ack(void)
{ IIC_SCL (0); iic_delay( );IIC_SDA (0); /* 数据线为低电平，表示应答 */iic_delay( );IIC_SCL (1); iic_delay( );
}
发送非应答信号
void iic_nack(void)
{ IIC_SCL (0); iic_delay( );IIC_SDA (1); /* 数据线为高电平,表示非应答 */iic_delay( );IIC_SCL (1); iic_delay( );
}
发送1字节数据
void iic_send_byte(uint8_t data)
{for (uint8_t t = 0; t < 8; t++){ /* 高位先发 */IIC_SDA((data & 0x80) >> 7);iic_delay( );IIC_SCL ( 1 ); iic_delay( );IIC_SCL ( 0 );data <<= 1; /* 左移1位, 用于下一次发送 */}IIC_SDA ( 1 ); /* 发送完成,主机释放SDA线 */
}
读取1字节数据
uint8_t iic_read_byte (uint8_t ack) /* 1:ack 0:nack*/
{ uint8_t receive = 0 ;for (uint8_t t = 0; t < 8; t++){ /* 高位先输出，先收到的数据位要左移 */ receive <<= 1; IIC_SCL ( 1 ); iic_delay( );if ( IIC_READ_SDA ) receive++;IIC_SCL ( 0 );iic_delay( );}if ( !ack ) iic_nack();else iic_ack();return receive;
}
AT24C02
原理图
EEPROM是一种掉电后数据不丢失的储存器，常用来存储一些配置信息，在系统重新上电时就可以加载。
AT24C02是一个2K bit的EEPROM存储器，使用IIC通信方式。
AT24C02：写操作地址（0xA0） 读操作地址（0xA1）
AT24C02写时序
AT24C02读时序
IIC配置步骤
1、使能SCL和SDA对应时钟
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
2、设置GPIO工作模式
SDA开漏/SCL推挽输出模式，使用HAL_GPIO_Init初始化
3、编写基本信号
起始信号 停止信号 应答信号
4、编写读和写函数
iic_read_byte、iic_send_byte
为什么IIC总线SDA建议用开漏模式？
开漏输出的特点：不能输出高电平， 必须有外部（或内部）上拉才能输出高电平
IIC的SDA脚即要作为输出，又要作为输入，用开漏输出模式，很好实现输出输入共用，避免IO模式频繁切换带来的麻烦。
输出时：主机（MCU）输出0，可以拉低信号，来实现低电平发送，主机输出1（实际不起作用），由外部上拉电阻上拉，实现高电平发送。
输入时：主机（MCU）设置输出1状态，此时因为MCU无法输出1，相当于释放了SDA脚，此时外部器件可以主动拉低SDA脚/释放SDA脚（同样由上拉电阻提供“输出1的功能”），实现SDA脚的高低电平变化。
由于开漏输出模式下，MCU还是可以读取IDR状态寄存器，来获取引脚高低电平，因此MCU读取IDR，即可获得SDA脚的高低电平状态，从而实现输入检测。
AT24C02配置步骤
1、初始化IIC接口
2、编写写入/读取一个字节数据函数 遵循读写时序流程编写
3、编写连续读和连续写函数 在2的基础上进行实现
实验：驱动AT24C02实现读和写1字节数据
myiic.c
#include "./BSP/IIC/myiic.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"void iic_init(void)
{GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SCL引脚时钟使能 */IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE(); /* SDA引脚时钟使能 */gpio_init_struct.Pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */HAL_GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* SCL */gpio_init_struct.Pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; /* 开漏输出 */HAL_GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* SDA *//* SDA引脚模式设置,开漏输出,上拉, 这样就不用再设置IO方向了, 开漏输出的时候(=1), 也可以读取外部信号的高低电平 */
}static void iic_delay(void)
{delay_us(2);
}/* 起始信号 */
void iic_start(void)
{/* SCL为高电平期间, SDA从高电平往低电平跳变*/IIC_SDA ( 1 );IIC_SCL ( 1 );iic_delay( );IIC_SDA ( 0 );iic_delay( );IIC_SCL ( 0 );iic_delay( ); /* 钳住总线, 准备发送/接收数据 */
}/* 停止信号 */
void iic_stop(void)
{/* SCL为高电平期间, SDA从低电平往高电平跳变*/IIC_SDA ( 0 );iic_delay( );IIC_SCL ( 1 );iic_delay( );IIC_SDA ( 1 ); /* 发送总线停止信号*/iic_delay( );
}/* 等待应答信号 */
uint8_t iic_wait_ack (void) /* return 1:fail 0:succeed*/
{IIC_SDA (1); /* 主机释放SDA线 */iic_delay( );IIC_SCL (1); /* 从机返回ACK*/iic_delay( );if ( IIC_READ_SDA ) /* SCL高电平读取SDA状态*/ {iic_stop(); /* SDA高电平表示从机nack */ return 1;}IIC_SCL(0); /* SCL低电平表示结束ACK检查 */ iic_delay( );return 0;
}/* 应答信号 */
void iic_ack(void)
{ IIC_SCL (0);iic_delay( );IIC_SDA (0); /* 数据线为低电平，表示应答 */iic_delay( );IIC_SCL (1);iic_delay( );
}/* 非应答信号 */
void iic_nack(void)
{ IIC_SCL (0);iic_delay( );IIC_SDA (1); /* 数据线为低电平，表示应答 */iic_delay( );IIC_SCL (1);iic_delay( );
}/* 发送一个字节数据 */
void iic_send_byte(uint8_t data)
{for (uint8_t t = 0; t < 8; t++){/* 高位先发 */IIC_SDA((data & 0x80) >> 7);iic_delay( );IIC_SCL ( 1 );iic_delay( );IIC_SCL ( 0 );data <<= 1; /* 左移1位, 用于下一次发送 */}IIC_SDA ( 1 ); /* 发送完成,主机释放SDA线 */
}/* 读取1字节数据 */
uint8_t iic_read_byte (uint8_t ack)
{ uint8_t receive = 0 ;for (uint8_t t = 0; t < 8; t++){/* 高位先输出，先收到的数据位要左移 */ receive <<= 1;IIC_SCL ( 1 );iic_delay( );if ( IIC_READ_SDA ) receive++;IIC_SCL ( 0 );iic_delay( );}if ( !ack ) iic_nack();else iic_nack();return receive;
}myiic.h
#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H#include "./SYSTEM/sys/sys.h"/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */#define IIC_SCL_GPIO_PORT GPIOB
#define IIC_SCL_GPIO_PIN GPIO_PIN_6
#define IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 */#define IIC_SDA_GPIO_PORT GPIOB
#define IIC_SDA_GPIO_PIN GPIO_PIN_7
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PB口时钟使能 *//******************************************************************************************//* IO操作 */
#define IIC_SCL(x) do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \}while(0) /* SCL */#define IIC_SDA(x) do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \}while(0) /* SDA */#define IIC_READ_SDA HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN) /* 读取SDA */void iic_init(void);
void iic_start(void);
void iic_stop(void);
uint8_t iic_wait_ack(void);
void iic_ack(void);
void iic_nack(void);
void iic_send_byte(uint8_t data);
uint8_t iic_read_byte (uint8_t ack);#endif
24cxx.c
#include "./BSP/IIC/myiic.h"
#include "./BSP/24CXX/24cxx.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"void at24c02_init(void)
{iic_init();
}void at24c02_write_one_byte(uint8_t addr, uint8_t data)
{/* 1、发送起始信号 */iic_start();/* 2、发送通讯地址(写操作地址) */iic_send_byte(0xA0);/* 3、等待应答信号 */iic_wait_ack();/* 4、发送内存地址 */iic_send_byte(addr);/* 5、等待应答信号 */iic_wait_ack();/* 6、发送写入数据 */iic_send_byte(data);/* 7、等待应答信号 */iic_wait_ack();/* 8、发送停止信号 */iic_stop();/* 等待EEPROM写入完成 */delay_ms(10);
}uint8_t at24c02_read_one_byte(uint8_t addr)
{uint8_t rec = 0;/* 1、发送起始信号 */iic_start();/* 2、发送通讯地址(写操作地址) */iic_send_byte(0xA0);/* 3、等待应答信号 */iic_wait_ack();/* 4、发送内存地址 */iic_send_byte(addr);/* 5、等待应答信号 */iic_wait_ack();/* 6、发送起始信号 */iic_start();/* 7、发送通讯地址(读操作地址) */iic_send_byte(0xA1);/* 8、等待应答信号 */iic_wait_ack();/* 9、等待接收数据 */rec = iic_read_byte(0);/* 10、发送非应答（获取该地址即可） *//* 11、发送停止信号 */iic_stop();return rec;
}24cxx.h
#ifndef __24CXX_H
#define __24CXX_H#include "./SYSTEM/sys/sys.h"void at24c02_init(void);
void at24c02_write_one_byte(uint8_t addr, uint8_t data);
uint8_t at24c02_read_one_byte(uint8_t addr);#endifmain.c
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./USMART/usmart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./BSP/24CXX/24cxx.h"int main(void)
{uint8_t key;uint8_t i = 0;uint8_t data = 0;HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */delay_init(72); /* 延时初始化 */usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */led_init(); /* 初始化LED */key_init(); /* 初始化按键 */at24c02_init();while (1){key = key_scan(0);if (key == KEY1_PRES){at24c02_write_one_byte(100, 66);printf("write data \r\n");}if (key == KEY0_PRES){data = at24c02_read_one_byte(100);printf("read data:%d \r\n", data);}i++;if (i % 20 == 0){LED0_TOGGLE(); /* 红灯闪烁 */i = 0;}delay_ms(10);}
}
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