STM32 IIC开发学习

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  • 32

1IIC总线时序图

在这里插入图片描述
① 起始信号
当 SCL 为高电平期间，SDA 由高到低的跳变。起始信号是一种电平跳变时序信号，而不是
一个电平信号。该信号由主机发出，在起始信号产生后，总线就会处于被占用状态，准备数据
传输。
② 停止信号
当 SCL 为高电平期间，SDA 由低到高的跳变。停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不
是一个电平信号。该信号由主机发出，在停止信号发出后，总线就会处于空闲状态。
③ 应答信号
发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲 9 期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。
应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK 简称应答位），表示接收器已经成功地接收了
该字节。应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成
功。
观察上图标号③就可以发现，有效应答的要求是从机在第 9 个时钟脉冲之前的低电平期间
将 SDA 线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。如果接收器是主机，则在它
收到最后一个字节后，发送一个 NACK 信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放 SDA
线，以便主机接收器发送一个停止信号。
④ 数据有效性
IIC 总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在
时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。数据在 SCL 的上
升沿到来之前就需准备好。并在下降沿到来之前必须稳定。
⑤ 数据传输
在 IIC 总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在 SCL 串行
时钟的配合下，在 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
IIC 总线的 SDA 和 SCL 两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个
器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉
高。

IIC写操作

下面介绍一下 IIC 的基本的读写通讯过程，包括主机写数据到从机即写
操作，主机到从机读取数据即读操作。
在这里插入图片描述
主机首先在 IIC 总线上发送起始信号，那么这时总线上的从机都会等待接收由主机发出的
数据。主机接着发送从机地址+0(写操作)组成的 8bit 数据，所有从机接收到该 8bit 数据后，自
行检验是否是自己的设备的地址，假如是自己的设备地址，那么从机就会发出应答信号。主机
在总线上接收到有应答信号后，才能继续向从机发送数据。注意：IIC 总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

IIC读操作

在这里插入图片描述

主机向从机读取数据的操作，一开始的操作与写操作有点相似，观察两个图也可以发现，
都是由主机发出起始信号，接着发送从机地址+1(读操作)组成的 8bit 数据，从机接收到数据验
证是否是自身的地址。 那么在验证是自己的设备地址后，从机就会发出应答信号，并向主机返
回 8bit 数据，发送完之后从机就会等待主机的应答信号。假如主机一直返回应答信号，那么从
机可以一直发送数据，也就是图中的（n byte + 应答信号）情况，直到主机发出非应答信号，从
机才会停止发送数据。

STM32 完成IIC的各个阶段的c代码

myiic.h

#ifndef _MYIIC_H
#define _MYIIC_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"

/****************************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */

#define IIC_SCL_GPIO_PORT               GPIOB
#define IIC_SCL_GPIO_PIN                GPIO_PIN_10
#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_3
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE()       do{
      __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PB口时钟使能 */

/****************************************************************************************************/

/*IO 高低电平*/


#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_start(void);
void iic_stop(void);
static void iic_delay(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

myiic.c

#include "myiic.h"

/**
 * @brief       初始化IIC 初始化GPIO
 * @param       无
 * @retval      无
 */
 
 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_VERY_HIGH; /* 快速 */
    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;        /* 推挽输出 */
    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 */

    iic_stop(); 
 }
 
 
 /**
 * @brief       IIC延时函数,用于控制IIC读写速度
 * @param       无
 * @retval      无
 */
 
static void iic_delay(void)
{
   
    delay_us(2);
}    

/**
 * @brief       产生IIC起始信号
 * @param       无
 * @retval      无
 */

void iic_start(void)
{
   
    IIC_SCL(1);
    IIC_SDA(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(0);     /* START信号: 当SCL为高时, SDA从高变成低, 表示起始信号 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0);     /* 钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
    iic_delay();
}

/**
 * @brief       产生IIC停止信号
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_stop(void)
{
   
    IIC_SDA(0);
    iic_delay();
    IIC_SCL(1); /* STOP信号: 当SCL为高时, SDA从低变成高, 表示停止信号 */
    iic_delay();
    IIC_SDA(1);
    iic_delay();
}

/**
 * @brief       等待应答信号到来
 * @param       无
 * @retval      1，接收应答失败
 *              0，接收应答成功
 */

uint8_t iic_wait_ack(void)
{
   
    uint8_t waittime =0;
    uint8_t rack =0;
    
    IIC_SDA(1);     /* 主机释放SDA线(此时外部器件可以拉低SDA线) */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);     /* SCL=1, 此时从机可以返回ACK */
    iic_delay();
    
    while(IIC_READ_SDA) /* 等待应答 */
    {
   
        waittime++;
        if(waittime>250)
        {
   
          iic_stop();
          rack=1;
          break;
        }
    }
    IIC_SCL(0);     /* SCL=0, 结束ACK检查 */
    iic_delay();
    return rack;
}

/**
 * @brief       产生ACK应答
 * @param       无
 * @retval      无
 */


void iic_ack(void)
{
   
   /* SCL 0 -> 1  时 SDA = 0,表示应答 */
   IIC_SDA(0);
   iic_delay();
   IIC_SCL(1);
   iic_delay();
   IIC_SCL(0);
   iic_delay();
   IIC_SDA(1);     /* 主机释放SDA线 */
   iic_delay();
}


/**
 * @brief       不产生ACK应答
 * @param       无
 * @retval      无
 */

void iic_nack(void)
{
   
   /* SCL 0 -> 1  时 SDA = 1,表示非应答 */
   IIC_SDA(1);
   iic_delay();
   IIC_SCL(1);
   iic_delay();
   IIC_SCL(0);
   iic_delay();

}

/**
 * @brief       IIC发送一个字节
 * @param       data: 要发送的数据
 * @retval      无
 */

void iic_send_byte(uint8_t data)
{
   
    uint8_t i;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
   
      IIC_SDA((data&0x80)>>7);  /* 高位先发送 */
      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 */

}

/**
 * @brief       IIC读取一个字节
 * @param       ack:  ack=1时，发送ack; ack=0时，发送nack
 * @retval      接收到的数据
 */

uint8_t iic_read_byte(uint8_t ack)
{
   
    uint8_t i;
    uint8_t rec=0;
    for(i=0;i<8;i++) /* 接收1个字节数据 */
    {
   
        rec<<=1; /* 高位先输出,所以先收到的数据位要左移 */
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();
        
        if(IIC_READ_SDA)
        {
   
          rec++;
        }
        IIC_SCL(0);
        iic_delay();
    }
    if(!ack)
    {
   
      iic_nack();
    }
    else
    {
   
      iic_ack();
    }
    
    return rec;
}
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