江协科技STM32学习- P34 I2C通信外设

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💬本系列哔哩哔哩江科大STM32的视频为主以及自己的总结梳理📚 

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引用:

STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕_哔哩哔哩_bilibili

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术语:

英文缩写描述
GPIO:General Purpose Input Onuput通用输入输出
AFIO:Alternate Function Input Output复用输入输出
AO:Analog Output模拟输出
DO:Digital Output数字输出
内部时钟源 CK_INT:Clock Internal内部时钟源
外部时钟源 ETR:External Trigger 时钟源 External 触发
外部时钟源 ETR:External Trigger mode 1外部时钟源 External 触发 时钟模式1
外部时钟源 ETR:External Trigger mode 2外部时钟源 External 触发 时钟模式2
外部时钟源 ITRx:Internal Trigger inputs外部时钟源,ITRx (Internal trigger inputs)内部触发输入
外部时钟源 TIx:exTernal Input pin 外部时钟源 TIx (external input pin)外部输入引脚
CCR:Capture/Comapre Register捕获/比较寄存器
OC:Output Compare输出比较
IC:Input Capture输入捕获
TI1FP1:TI1 Filter Polarity 1Extern Input 1 Filter Polarity 1,外部输入1滤波极性1
TI1FP2:TI1 Filter Polarity 2Extern Input 1 Filter Polarity 2,外部输入1滤波极性2
DMA:Direct Memory Access直接存储器存取

正文:

0. 概述

从 2024/06/12 定下计划开始学习下江协科技STM32课程,接下来将会按照哔站上江协科技STM32的教学视频来学习入门STM32 开发,本文是视频教程 P2 STM32简介一讲的笔记。

1.🚚I2C硬件

软件实现和硬件实现

  • 💎串口通信为异步时序,用软件实现很麻烦,基本上用硬件实现
  • 💎而I2C协议通信为同步时序,软件实现简单且灵活,硬件实现比较麻烦,故软件比较常用
  • 💎但I2C硬件实现功能比较大,执行效率高,节省软件资源,可以实现完整的多主机通信模型,时序波形归整,通信速率快
  • 💎故I2C软件实现用于简单环境,若性能要求高,则硬件实现

1.(软件只需要写入控制寄存器CR和数据寄存器DR,就可以实现协议,为了实现实时监控时序的状态,软件要读取状态寄存器SR

2.支持多主机模型(固定多主机和可变多主机(stm32,谁要做主机,主机就得跳出来))

3.本实验依旧是7位、一个主机(一主多从)

 4.STM32F103C8T6 硬件 I2C 资源: I2C1 、 I2C2(两个独立I2C,硬件只有俩路I2C总线,而软件I2C只要代码存的下,想开几路就开几路) 

I2C的功能图

(1)数据控制部分

  • 1 数据收发的核心部分:数据寄存器和数据移位寄存器 
  • 2 发送数据时,将数据放在数据寄存器,当没有移位时候,数据从数据寄存器转运到移位寄存器,同时,下一个数据送到数据寄存器,然后移位寄存器将数据给SDA,数据寄存器中的数据给移位寄存器,如此往复
  • 3 当数据寄存器转到移位寄存器时,就会置状态寄存器的TXE位为1,表示发送寄存器为空

 接收数据

  •  接收数据时,从SDA转到移位寄存器,再转到数据寄存器,同时置标志位RXNE,表示接受寄存器非空,这时候可以把数据从数据寄存器读出来
  • 比较器和地址寄存器时从机模式使用(即再stm32不进行通信的时候,这个stm32支持同时响应两个从机地址

 SCL部分 

  • 时钟控制:控制SCL线
  • 时钟控制寄存器(CCR):写对应的位,电路就会执行对应的功能
  • 控制逻辑电路:写入控制寄存器(CR1/CR2),就可以对整个电路进行控制
  • 读取状态寄存器,可以得知电路的工作状态
  • 中断:当内部有一些标志位置1后,可能事件比较紧急,就可以申请中断
  • 如果开启中断,当事件发生后,程序可以跳转到中断函数处理事件

I2C基本结构 

 

  • 发送数据(从数据控制器到SDA):因为I2C是高位先行,所以移位寄存器是向左移位,在发送和的时候,最高位先移出去,然后是次高位,一次SCL时钟移位一次,移动8次,就把一个字节由高位到低位,一次放到SDA线上
  • 接收数据:数据从SDA经GPIO口,从右边一次移进来,最终移动8次,一个字节就接收完成
  • 使用硬件I2C:两个GPIO口,都要配置成复用开漏输出模式
  • 复用就是GPIO的状态由片上外设来控制
  • 开漏输出:时I2C协议要求的端口配置(GPIO口依旧可以输入

 主机发送

7位主发送的过程

TxE=1表示数据寄存器空BTF字节发送结束标志位
SB=1,表示起始条件已经发送

  •  💎(1)初始化之后:总线默认空闲状态,stm32默认是从模式
  • 💎(2)stm32需要写入控制寄存器产生起始条件
    控制寄存器CR1中,有个START位,写1,可以产生起始条件,起始条件发生后,这一位由硬件清除,不需要手动侵清除
    之后stm32从从模式转换成主模式
  • 💎(3)检查标志位
    EV5事件:SB(start bit)=1,表示起始条件已经发送
  • 💎(4)发送从机地址:需要写到数据寄存器DR中,写入后,硬件自动把这个字节转到移位寄存器中,再把这个字节发送到IIC总线上
    之后硬件会自动接收应答并判断,若没有应答,硬件会置应答失败的标志位,标志位可以申请中断来提醒我们
  • 💎(5)寻址完成之后,会发生EV6事件,ADDR=1,代表在主模式下发送结束
  • 💎(6)EV8_1事件:TxE=1,移位寄存器和数据寄存器为空,写入数据寄存器DR进行数据发送,一旦写入DR,因为
    移位寄存器也是空的,所以DR会立刻转到移位寄存器进行发送
  • 💎(7)EV8事件:TxE=1,移位寄存器非空,数据寄存器空,这移位寄存器正在发数据的状态,故数据1的时序产生
    一旦检测到EV8事件,就可以写入下一个数据
  • 💎(8)EV8_2事件:写完后,没有数据可以写了 

 主机接收

这里是当前地址读的模式

  • 💎(1)首先写入start位,产生起始条件,等EV5事件,EV5事件代表起始条件已经发送,
  • 💎(2)之后是寻址,接收应答,结束后产生EV6事件,代表寻址已经完成
  • 💎(3)数据1这块,代表数据正在通过移位寄存器进行输入,EV6-1事件,从上图可以看出,数据正在移位,还没收到,所以事件没有标志位,当这个时序单元完成时,硬件会自动根据我们的配置,把应答位发送出去(ACK应答使能,写1,在接收到一个字节后就返回一个应答,写0不给应答),当时序单元完成后,表示移位寄存器已经成功移入一个字节的数据1,这时,移入的一个字节就整体转移到数据寄存器中,同时置RxNE标志位,表示数据寄存器非空,也就是收到一个字节的数据,这个状态就是EV7事件、
  • 💎(4)当把数据读走后,EV7事件就没有了
  • 💎(5)EV7_1:结束
  • 💎(6)由于设置了ACK=0,所以会给出非应答,最后由于设置STOP位,所以产生终止条件

 软件和硬件之间的比较

 (1)硬件IIC的波形比较规整,软件IIC由于添加了延时,时钟周期、占空比可能不规整

SCL低电平写,高电平读(默认下降沿写,上升沿读,硬件IIC数据写入,都是紧贴着下降沿,SCL下降沿,SDA立马切换数据)

(2)在硬件中,应答结束后,从机立刻释放SDA,同时主机立刻拉低SDA,故出现尖锋

 软件I2C,SDA接在B11,SCL接在B10 ,软件IIC的两个引脚可以任意更改的,因为都是开漏输出,硬件接在哪个引脚上,程序中就对应操作哪个引脚

但是硬件I2C,通信引脚是不可以任意指定的,查表,由于PB6、PB7被OLED应用,所以用PB10、PB11,软件IIC的代码在此处也适用

程序部分

软件IIC改为硬件IIC

第一步:开启I2C外设,对I2C2外设进行初始化,以替换MyI2C_Init
第二步:控制外设电路,实现指定地址写的时序,以替换WriteReg
第三步:控制外设电路,实现指定地址读的时序,以替换ReadReg

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