STM32通过IO口模拟I2C通讯

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28 2022-06

1.I2C介绍

I2C英文名为inter-Integrated Circuit,是用于多设备通讯的两线式串行总线,分为主机Master和从机Slave,通常有一个主机和多个从机,从机之间可通过地址进行区分,不同种类的设备地址不同。

I2C分别是时钟线SCL和数据线SDA,其中SCL和SDA由主机控制,可设置成开漏输出模式。

重点

GPIO模拟IIC通信的时候,需要注意输出一定要设置为开漏输出,外部上拉。
这个是GPIO的输入输出图。因为开漏输出可以进行线与操作。推挽输出可能造成IO口短路,烧毁IO口。

I2C通讯说明

I2C两根线,一根时钟线(SCL)一根信号线(SDA)。

  • 数据传输时:
    时钟线信号为低电平时,数据线电平才允许变化。
  • 起始和停止位控制时:
    时钟线信号为高电平,数据线由高向低变化为起始信号,数据线由低向高变化为停止信号。
  • 应答ACK:
    发送器件传输完成一个字节后,应答器回应ACK,发送器发送下一字节。应答器不回应ACK,发送器不发送下一字节。ACK为低电平脉冲。

软件模拟I2C移植性及稳定性更好。

2.I2C应用方法

2.1 I2C初始化

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Init
* 函数功能           : IIC初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void IIC_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能 GPIOB 时钟
    
    //GPIOB8,B9初始化设置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
    IIC_SCL=1;
    IIC_SDA=1;    
}
//IO操作函数     
#define IIC_SCL    PBout(8) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(9) //SDA     
#define READ_SDA   PBin(9)  //输入SDA


/*******************************************************************************
* 函 数 名         : SDA_OUT
* 函数功能           : SDA输出配置       
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void SDA_OUT(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    
    //GPIOB9初始化设置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : SDA_IN
* 函数功能           : SDA输入配置       
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void SDA_IN(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    
    //GPIOB9初始化设置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
}

2.2 发送IIC开始信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Start
* 函数功能           : 产生IIC起始信号   
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();     //sda线输出
    IIC_SDA=1;            
    IIC_SCL=1;
    delay_us(5);
     IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
    delay_us(6);
    IIC_SCL=0;//钳住I2C总线,准备发送或接收数据 
}    

2.3 发送IIC停止信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Stop
* 函数功能           : 产生IIC停止信号   
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();//sda线输出
    IIC_SCL=0;
    IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
     IIC_SCL=1; 
    delay_us(6); 
    IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
    delay_us(6);                                   
}

2.4 IIC发送一个字节

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Send_Byte
* 函数功能           : IIC发送一个字节 
* 输    入         : txd:发送一个字节
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/          
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
    SDA_OUT();         
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        if((txd&0x80)>0) //0x80  1000 0000
            IIC_SDA=1;
        else
            IIC_SDA=0;
        txd<<=1;       
        delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
        IIC_SCL=1;
        delay_us(2); 
        IIC_SCL=0;    
        delay_us(2);
    }     
} 

2.5 IIC读取一个字节

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Read_Byte
* 函数功能           : IIC读一个字节 
* 输    入         : ack=1时,发送ACK,ack=0,发送nACK 
* 输    出         : 应答或非应答
*******************************************************************************/  
u8 IIC_Read_Byte(u8 ack)
{
    u8 i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
    {
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
        IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
        delay_us(1); 
    }                     
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

2.6 IIC等待ACK信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Wait_Ack
* 函数功能           : 等待应答信号到来   
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1,接收应答失败
                     0,接收应答成功
*******************************************************************************/
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
    u8 tempTime=0;
    SDA_IN();      //SDA设置为输入  
    IIC_SDA=1;
    delay_us(1);       
    IIC_SCL=1;
    delay_us(1);     
    while(READ_SDA)
    {
        tempTime++;
        if(tempTime>250)
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
    }
    IIC_SCL=0;//时钟输出0        
    return 0;  
} 

2.7 IIC发送ACK信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_Ack
* 函数功能           : 产生ACK应答  
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(5);
    IIC_SCL=0;
}

2.8 IIC不发送ACK信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : IIC_NAck
* 函数功能           : 产生NACK非应答  
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/            
void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;
    delay_us(2);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(5);
    IIC_SCL=0;
}    

3.附 24CXX 芯片相关函数

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_Init
* 函数功能           : AT24CXX初始化
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void AT24CXX_Init(void)
{
    IIC_Init();//IIC初始化
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_ReadOneByte
* 函数功能           : 在AT24CXX指定地址读出一个数据
* 输    入         : ReadAddr:开始读数的地址 
* 输    出         : 读到的数据
*******************************************************************************/
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{                  
    u8 temp=0;                                                                                   
    IIC_Start();  
    if(EE_TYPE>AT24C16)
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0);       //发送写命令
        IIC_Wait_Ack();
        IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址        
    }
    else 
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据
    }        
    IIC_Wait_Ack(); 
    IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   //发送低地址
    IIC_Wait_Ack();        
    IIC_Start();              
    IIC_Send_Byte(0XA1);           //进入接收模式               
    IIC_Wait_Ack();     
    temp=IIC_Read_Byte(0);           
    IIC_Stop();//产生一个停止条件        
    return temp;
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_WriteOneByte
* 函数功能           : 在AT24CXX指定地址写入一个数据
* 输    入         : WriteAddr  :写入数据的目的地址 
                     DataToWrite:要写入的数据
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{                                                                                                  
    IIC_Start();  
    if(EE_TYPE>AT24C16)
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0);        //发送写命令
        IIC_Wait_Ack();
        IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址      
    }
    else 
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据
    }      
    IIC_Wait_Ack();       
  IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送低地址
    IIC_Wait_Ack();                                                           
    IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节                               
    IIC_Wait_Ack();                     
    IIC_Stop();//产生一个停止条件 
    delay_ms(10);     
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_WriteLenByte
* 函数功能           : 在AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据
                     用于写入16bit或者32bit的数据
* 输    入         : WriteAddr  :写入数据的目的地址 
                     DataToWrite:要写入的数据
                     Len        :要写入数据的长度2,4
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len)
{      
    u8 t;
    for(t=0;t<Len;t++)
    {
        AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff);
    }                                                    
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_ReadLenByte
* 函数功能           : 在AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据
                     用于读出16bit或者32bit的数据
* 输    入         : ReadAddr   :开始读出的地址 
                     Len        :要读出数据的长度2,4
* 输    出         : 读取的数据
*******************************************************************************/
u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len)
{      
    u8 t;
    u32 temp=0;
    for(t=0;t<Len;t++)
    {
        temp<<=8;
        temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1);                         
    }
    return temp;                                                    
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_Check
* 函数功能           : 检查AT24CXX是否正常
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1:检测失败,0:检测成功
*******************************************************************************/
u8 AT24CXX_Check(void)
{
    u8 temp;
    temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX               
    if(temp==0x36)return 0;           
    else//排除第一次初始化的情况
    {
        AT24CXX_WriteOneByte(255,0X36);
        temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);      
        if(temp==0X36)return 0;
    }
    return 1;                                              
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_Read
* 函数功能           : 在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据
* 输    入         : ReadAddr :开始读出的地址 对24c02为0~255
                     pBuffer  :数据数组首地址
                     NumToRead:要读出数据的个数
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)
{
    while(NumToRead)
    {
        *pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);    
        NumToRead--;
    }
} 

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : AT24CXX_Write
* 函数功能           : 在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据
* 输    入         : WriteAddr :开始写入的地址 对24c02为0~255
                     pBuffer  :数据数组首地址
                     NumToRead:要读出数据的个数
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
    while(NumToWrite--)
    {
        AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);
        WriteAddr++;
        pBuffer++;
    }
}

案例源码

#define IIC_SCL_1 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6) 
/* SCL = 1 */
#define IIC_SCL_0 GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6) 
/* SCL = 0 */
#define IIC_SDA_1 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7) 
/* SDA = 1 */
#define IIC_SDA_0 GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7) 
/* SDA = 0 */
#define IIC_READ_SDA() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7) 
/* 读SDA口线状态 */
//初始化IIC
void IIC_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD ;
    //开漏输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    IIC_Stop();
}
//产生IIC起始信号
//SCL为高电平时SDA由高变低
void IIC_Start(void) {
    IIC_SDA_1;
    IIC_SCL_1;
    delay_us(4);
    IIC_SDA_0;
    delay_us(4);
    IIC_SCL_0;
}
//产生IIC停止信号
//SCL为高电平时SDA由低变高
//IIC空闲时SCL和SDA均输出高电平,这样不会干扰其他设备的收发
void IIC_Stop(void) {
    IIC_SDA_0;
    IIC_SCL_1;
    delay_us(4);
    IIC_SDA_1;
}
//等待应答信号到来
//返回值:1,接收应答失败
// 0,接收应答成功
uint8_t IIC_WaitAck(void) {
    uint8_t errCount = 0;
    uint8_t ack = 0;
    IIC_SDA_1;
    delay_us(4);
    IIC_SCL_1;
    delay_us(4);
    while(IIC_READ_SDA()) {
        errCount++;
        if(errCount > 250) {
            ack = 1;
            break;
        }
    }
    IIC_SCL_0;
    return ack;
}
//产生应答ACK
//SCL为高电平时SDA为低电平表示应答
void IIC_Ack(void) {
    IIC_SDA_0;
    delay_us(4);
    IIC_SCL_1;
    delay_us(4);
    IIC_SCL_0;
    delay_us(4);
    IIC_SDA_1;
    //释放SDA
}
//产生非应答NACK
//SCL为高电平时SDA为高电平表示非应答
void IIC_NAck(void) {
    IIC_SDA_1;
    delay_us(4);
    IIC_SCL_1;
    delay_us(4);
    IIC_SCL_0;
    delay_us(4);
}
//IIC发送一个字节
void IIC_WriteByte(uint8_t txd) {
    uint8_t i;
    IIC_SCL_0;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        (txd & 0x80) ? IIC_SDA_1 : IIC_SDA_0;
        txd <<= 1;
        delay_us(4);
        IIC_SCL_1;
        delay_us(4);
        IIC_SCL_0;
        delay_us(4);
    }
    IIC_SDA_1;
}
//读1个字节,ack=1时,发送ACK,ack=0,发送NACK
uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack) {
    uint8_t i, rcv = 0;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        rcv <<= 1;
        IIC_SCL_1;
        delay_us(4);
        if(IIC_READ_SDA()) {
            rcv++;
        }
        IIC_SCL_0;
        delay_us(4);
    }
    ack ? IIC_Ack() : IIC_NAck();
    return rcv;
}
    暂无数据