I2C通信

1.I2C通信简介

简述：I2C只有一根通信线，数据在一条线上传输。同步，即由时钟线带领数据传输，可以在CPU处理其它事件时停止传输数据，处理完后再重新开始。

2.I2C的硬件电路

解释：1.SDA的控制权只有在从机发送数据和从机应答时才会交给从机，而SCL的控制权一直都在主机（即CPU）手中。

2.注意图中第二点，开漏即一边接地，一边接电阻，就是强下拉、弱上拉，避免电路短路。（开漏加弱上拉兼具输入和输出功能）

3.软件控制I2C通信（时序设计）

1.时序基本单元

1.起始和终止

2.发送

逻辑：主机控制SCL，在SCL低电平时将数据放在SDA上，从机在SCL高电平时读取主机放在SDA上的数据（注意高位先行），在这个单元中SCL和SDA都由主机控制，从机被动读取数据。

3.接收

注意：实线是主机控制的电平，虚线是从机控制的电平。

特别注意：主机在接收之前，需要释放SDA（释放相当于主机将SDA的控制权交给了从机，给从机放数据）

逻辑：SCL低电平时，从机放数据在SDA上，SCL高电平时，主机读取SDA上的数据

4.应答（确认是否收到或发送成功）

2.收发时序格式

基本格式：从机地址（7字节）+读写操作（1字节）+从机应答位+寄存器地址（读操作没有）+写入（读出）数据

指定地址读：前半部分为写操作（指定地址），后半部分为读操作。（先写起始写入地址，再读起始写入数据）

注意：写入一个数据后，地址指针会自动加1（地址指针指向寄存器）。如果主机想连续读取多个字节，就要在最后一个字节给应答。（给0）

3.基本配置格式（手动配置时序）

//将置电平操作封装成函数（方便移植和修改） //Bitaction是一个枚举类型，表示这个位是高电平还是低电平 void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue) { GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue); Delay_us(10); } void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue) { GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue); Delay_us(10); } uint8_t MyI2C_R_SDA(void) { uint8_t BitValue; BitValue=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11); Delay_us(10); return BitValue; } //SCL和SDA配置成开漏输出，SCL和SDA置高电平 void MyI2C_Init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//结构体定义 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;//开漏输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;//IO口 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11);//此函数可以把引脚设置为高电平 } //起始时序 void MyI2C_Start(void) { MyI2C_W_SDA(1); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SDA(0); MyI2C_W_SCL(0); } //终止时序 void MyI2C_Stop(void) { MyI2C_W_SDA(0); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SDA(1); } //主机发送、从机接收数据的时序 void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte) { uint8_t i; for(i=0;i<8;i++) { MyI2C_W_SDA(Byte&(0x80>>i)); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SCL(0); } } //从机发送、主机接收数据的时序 uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void) { uint8_t Byte=0x00,i; MyI2C_W_SDA(1); MyI2C_W_SCL(1); for(i=0;i<8;i++) { MyI2C_W_SCL(1); if(MyI2C_R_SDA()==1){Byte|=(0x80>>i);} MyI2C_W_SCL(0); } return Byte; } //发送应答时序 void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit) { MyI2C_W_SDA(AckBit); MyI2C_W_SCL(1); MyI2C_W_SCL(0); } //接收应道时序 uint8_t I2C_ReceiveAck(void) { unsigned char AckBit; MyI2C_W_SDA(1); MyI2C_W_SCL(1); AckBit=MyI2C_R_SDA(); MyI2C_W_SCL(0); return AckBit; }

4.硬件实现I2C通信（STM32内部的I2C外设）

1.I2C外设简介

2.STM32中I2C外设的内部结构图

发送：当数据由数据寄存器转到数据移位寄存器时，状态寄存器的TXE位置1（表发送寄存器为空）

接收：当数据由数据移位寄存器转到数据寄存器时，状态寄存器的RXNE位置1（表示接收寄存器非空）

比较器、自身地址寄存器、双地址寄存器（了解）：当STM32充当从机时使用

错误校验计算（了解）：CRC数据校验算法，硬件自动校验

3.I2C基本结构图

此时GIOP口要配置成复用开漏输出模式

4.硬件I2C的操作流程

1.主机发送

1.STM32默认为从模式，需要给控制寄存器CR1中的Star位t写入1（会自动清除）才能进入主模式，产生起始条件

2.EV5是一个大标志位，判断是否数据起始条件已发送

3.EV6事件就是ADDR位为1，代表寻址结束

4.EV8_1事件就是TxE标志位为1，写入数据

5.EV8事件就是移位寄存器正在发送数据

6.EV8_2事件请求停止

7.P事件：配置CR1中的Stop位为1产生终止条件

2.主机接收

1.STM32默认为从模式，需要给控制寄存器CR1中的Star位t写入1（会自动清除）才能进入主模式，产生起始条件

2.EV5是一个大标志位，判断是否数据起始条件已发送

3.EV6事件就是ADDR位为1，代表寻址结束

4.EV6_1事件就是数据正在通过移位寄存器进行输入

5.EV7事件就是数据输入完成后，RxNE标志位置1，表示数据寄存器非空

6.EV7_1事件请求停止，应答位ACK置0

7.EV9事件配置CR1中的Stop位为1产生终止条件

3.硬件I2C的实战代码

1.部分函数功能

//生成起始条件 void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //生成终止条件 void I2C_GenerateSTOP(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //配置CR1的ACK（即为从机应答位，给1为非应答，给0为应答） void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); //将数据写入DR寄存器 void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data); //读取DR寄存器的数据 uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx); //发送7位地址的专用函数 void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction);

2.配置思路

1.RCC开启时钟（把I2C外设和对应的GPIO口的时钟打开）

2.配置GPIO（配置成复用开漏输出模式）

3.配置I2C外设

4.开启I2C（使能)

3.基本配置格式（使用库函数实现时序）

注意：硬件配置I2C是非阻塞式的，需要等待标志位，否则得到的波形会出现问题。（利用MPU6050_WaitEvent（）函数监控标志位）

//此代码为通过硬件I2C外设来控制MPU6050的配置代码（包含头文件MPU6050_Reg） //注意：建议配合江协视频和MPU6050的芯片手册观看 #define MPU6050_ADDRESS 0xD0 //超时跳出（防止程序卡死） void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT) { uint32_t Timeout; Timeout = 10000; while (I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT) != SUCCESS) { Timeout --; if (Timeout == 0) { break; } } } //写入时序（自带接收应答） void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data) { I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//等待EV5事件 I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//等待EV6事件 I2C_SendData(I2C2, RegAddress); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);//等待EV8事件 I2C_SendData(I2C2, Data); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//等待EV8_2事件 I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE); } //读取时序（自带发送应答） uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress) { uint8_t Data; //写入要读取的地址 I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//等待EV5事件 I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//等待EV6事件（主机发送） I2C_SendData(I2C2, RegAddress); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//等待EV8事件 //开始正式读取 I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//等待EV5事件 I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver); MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);//等待EV6事件（主机接收） I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE);//ACK置0 I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);//配置停止位 MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED); Data = I2C_ReceiveData(I2C2); I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE);//恢复ACK return Data; } //初始化 void MPU6050_Init(void) { //I2C1和I2C2都是APB1上的外设 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;//复用开漏输出 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_Mode = I2C_Mode_I2C;//I2C模式 I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;//时钟速度（SCL频率） I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//时钟占空比 I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;//应答位配置（ACK） I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//STM32作为从机时用多少位地址 I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00; I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure); I2C_Cmd(I2C2, ENABLE); }

//此代码为头文件MPU6050_Reg（就是MPU6050相关的寄存器的地址） #ifndef __MPU6050_REG_H #define __MPU6050_REG_H #define MPU6050_SMPLRT_DIV 0x19 #define MPU6050_CONFIG 0x1A #define MPU6050_GYRO_CONFIG 0x1B #define MPU6050_ACCEL_CONFIG 0x1C #define MPU6050_ACCEL_XOUT_H 0x3B #define MPU6050_ACCEL_XOUT_L 0x3C #define MPU6050_ACCEL_YOUT_H 0x3D #define MPU6050_ACCEL_YOUT_L 0x3E #define MPU6050_ACCEL_ZOUT_H 0x3F #define MPU6050_ACCEL_ZOUT_L 0x40 #define MPU6050_TEMP_OUT_H 0x41 #define MPU6050_TEMP_OUT_L 0x42 #define MPU6050_GYRO_XOUT_H 0x43 #define MPU6050_GYRO_XOUT_L 0x44 #define MPU6050_GYRO_YOUT_H 0x45 #define MPU6050_GYRO_YOUT_L 0x46 #define MPU6050_GYRO_ZOUT_H 0x47 #define MPU6050_GYRO_ZOUT_L 0x48 #define MPU6050_PWR_MGMT_1 0x6B #define MPU6050_PWR_MGMT_2 0x6C #define MPU6050_WHO_AM_I 0x75 #endif