STM32——I2C通信协议

I2C通信（Inter IC BUS）

        两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

        同步、半双工（一根数据线兼顾数据收发）

        带数据应答

        支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

I2C硬件电路设计

 所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

 设备的SCL，SDA都要配置成开漏输出（强下拉，和浮空。所以外部接一个上拉电阻）

（1）杜绝电源短路的现象（被同时强下拉和强上拉）。

（2）避免来回切换GPIO模式，统一设置成开漏。

（3）可以执行多主机模式下的时钟同步和总线仲裁        

SCL和SDA各加一个上拉电阻，4.7k左右

        异步时序对时间要求严格，依赖硬件电路

        同步时序对时间要求不严格，不依赖硬件电路（可以模拟时序）

I2C软件（时序）设计

1.起始和终止都是由主机完成的（一主多从）

2.发送一个字节（主机放数据到SDA）

八位数据（一个字节）。串口是低位先行。

如果主机进中断，时序（SCL和SDA）会暂停，等待恢复。

3.接收一个字节（从机放数据到SDA）

        因为总线是线与，所以任何一个外设低电平都能拉低SDA，所以要释放SDA。

4.发送应答，接收应答（一位的数据，相当于发送一字节和接收一字节中取一位）

I2C时序

1.指定地址写（字节）

图6的波形(MPU6050的I2C)：S起始位；   一个字节（前七位是从机地址，第八位书读/写（r/w）0：写入。1：读）；   应答位（RA）； 一个字节（地址）； 应答（RA）； 一个字节（发送的数据）；应答（RA）；停止位（P）

2.当前地址读(不能选地址读，用的不多)（一个字节）

3.指定地址读(一个字节)

前半部分相当于指定地址写（指定地址），后半部分相当于当前地址读

S起始位； 七位地址和一个读/写位；   RA应答； 指定地址（写入从机的地址指针）；  Sr（重复其实条件）；  七位地址和一个读/写位； RA应答； 接收一个字节数据；  SA（非应答）；P（停止）

主机给应答（RA）了，从机就会接着发。主机非应答（SA），从机就不发，就可以P（没有非应答的话，可能P会被拉下去，不会被停止）

软件I2C代码（GPIO模拟时序）

SCL高电平的时候，SDA能动的只有开始（S）和结束（P）  

数据传输的时候，SCL高电平，SDA不能动

     1.   起始（Start）

void MyI2C_Start(void)
{
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1); // 1：释放    0：拉低
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

2.停止（Stop）

void MyI2C_Stop(void)
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);	
}

3.发送一个字节

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	for(uint8_t i = 0; i<8; ++i)
	{
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
		MyI2C_W_SCL(1);
		MyI2C_W_SCL(0);	
	}
}

4.接收一个字节

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t Byte = 0x00;
	MyI2C_W_SDA(1);	
	for(uint8_t i = 0; i<8; i++)
	{
		MyI2C_W_SCL(1);
		if(MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >>i);}
		MyI2C_W_SCL(0);	
	}
	return Byte;
}

5.发送应答

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);	
}

6.接收应答

uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{
	uint8_t AckBit ;
	MyI2C_W_SDA(1);	
	MyI2C_W_SCL(1);
	AckBit = MyI2C_R_SDA() ;
	MyI2C_W_SCL(0);	
	return AckBit;
}

硬件I2C代码（STM32外设，调库）

I2C功能框图

发送

数据写入→数据寄存器（DATA REGISTER ,DR）→数据移位寄存器（上一个数据移位完成后）。置状态寄存器的TXE = 1(表示发送寄存器为空)

接收

SDA→移位寄存器（收齐一个字节）→数据寄存器（DR），置状态寄存器的RXNE (表示接收寄存器非空)→可以从DR读数据

1.硬件I2C初始化

        硬件I2C的SDA，SCL是固定的引脚，而且都要设置为复用开漏模式（F_OD）

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
	I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; //ACK使能，ACK标志位
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//选择七位地址或十位地址
	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;  //时钟速度 <400k
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//占空比，高速时比较明显
	I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;  //自己的地址，一主动从不用这个
	I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure);
	I2C_Cmd(I2C2, ENABLE);

2.硬件I2C读写MPU6050寄存器

void MPU6050_W_Reg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data )
{
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);//S
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);//八位数据（MPU6050设备地址 + 一位读写（R/W））
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	
	I2C_SendData(I2C2, RegAddress);//八位数据（MPU6050内部寄存器地址）
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);
	
	I2C_SendData(I2C2, Data);//八位数据（要发送的数据Data）
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED) ;
	
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);//停止（Stop）
}

/*	MPU6050读寄存器
*/
uint8_t MPU6050_R_Reg(uint8_t RegAddress)
{	
	uint8_t Data;
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);//S
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT) ;
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);//八位数据（MPU6050设备地址 + 一位读写（R/W））
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	
	I2C_SendData(I2C2, RegAddress);//八位数据（MPU6050内部寄存器地址）
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED) ;
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);//S
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT) ;
	
	/*#define  I2C_Direction_Transmitter      ((uint8_t)0x00)
	  #define  I2C_Direction_Receiver         ((uint8_t)0x01)*/
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);// 使用Receiver函数会自动把MPU6050_ADDRESS置1，相当一地址+1
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED) ;
	
	/*先置Ack和p，然后在判断状态寄存器*/
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE);
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);
	
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED) ;
	Data = I2C_ReceiveData(I2C2); //数据寄存器
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE);
	
	return Data;
	
}