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STM32软件IIC与硬件IIC对比

一，硬件层 

 原理：多个设备共用scl和sda信号线，支持多主机多从机。scl是单向串行时钟线，始终由主设备控制，sda是双向串行数据线，可以由主机和从机控制。每个设备在这个协议中都有固定的设备号。有俩个上拉电阻，当设备空闲时，由上拉电阻拉高。如果是多主机，那么会使用仲裁，避免数据冲突。有3种传输模式，100k，400k，3.4m。

为什么要使用俩条信号线？节省资源。为什么scl时钟线由主设备控制？进行通信的主动权是掌握在主机手中。为什么sda是双向串行数据线？因为设备和设备之间要通信，交换数据。为什么通过设备号区分？因为主设备发送数据是全部从设备都接收到了，就要通过一个特殊的id来区分，一般是厂家设置。上拉电阻的作用？避免数据冲突，如果主设备和从设备同时输出高电平，造成短路。空闲时，电平也会自动拉高。

二，协议层

 主机发送起始信号，然后发送需要通信的从设备地址，选择读写位，等待应答，然后发送数据等待应答。传输数据需要停止时，主机发送停止信号，接收数据需要停止时，给从机发送非应答。

  1. 起始信号 scl高电平时，sda从高电平向低电平跳变
  2. 停止信号 scl高电平时，sda从低电平向高电平跳变
  3. 只有scl为高电平时，sda的数据才有效
  4. 读数据时，sda会被主机释放掉，由从机控制sda，主机通过sda接收数据；写数据时，sda由主机控制，从机通过sda接收；iic的设备地址有 7位和11位。
  5. 响应，不管是主机和从机接收到数据都要发送应答，为了信号的完整性。有发送应答ack和发送非应答nack，接收到nack会停止数据发送。比如在主机发送完数据后，从机会立马得到sda的控制权，0是应答，1是非应答。

三，软件模拟iic

好处：不用依赖硬件资源，灵活，操作简单。

坏处：速度比硬件慢。 

  1. iic起始信号 
    //起始信号 sda先拉低在拉低scl
void IIC_Start(void) 
{
	IIC_SDA_1();  
	IIC_SCL_1();
	IIC_Delay();
	IIC_SDA_0();
	IIC_Delay();
	IIC_SCL_0();//方便发送数据中，不用在拉低时钟线
	IIC_Delay();
}

  2. iic停止信号：动SDA的时候一定要先保证SCL是低，如果进来的时候两个数据线都是高，你进来就把SDA拉低，变成了启始信号。 
    //停止信号 sda先拉低，确保scl是1，在拉高sda
void IIC_Stop(void)
{
    IIC_SCL_0(); //放置信号混淆
	IIC_SDA_0();
	IIC_SCL_1(); //确保读到sda低电平
	IIC_Delay(); 
	IIC_SDA_1(); 
}
  3. 发送应答信号：sda 0 
    //主机scl拉高，读取从机sda的电平，为低电平为应答
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL_0();
	IIC_SDA_0();
	IIC_Delay();
	IIC_SCL_1();
	IIC_Delay();
	IIC_SCL_0();
}

  4. 发送非应答信号：sda 1 

    //主机scl拉高，读取从机sda的电平，高电平为非应答
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL_0();
	IIC_SDA_1();
	IIC_Delay();
	IIC_SCL_1();
	IIC_Delay();
	IIC_SCL_0();
}

  5. 等待应答信号 
    uint8_t IIC_WaitAck(void)
{
	uint8_t re;
	IIC_SDA_1(); //释放总线
	IIC_Delay();
	IIC_SCL_1();
	//CPU读取sda端口线的状态，因为主机会释放sda，然后由从机接管，端口线的结果是主机与从机的线与结果
	if(IIC_SDA_READ()) 
	{
		re=1;
	}
	else
		re=0;
	IIC_SCL_0();
	return re;
}

  6.  发送一个字节数据 
    void IIC_SendByte(uint8_t _ucByte)
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		//转换数据为信号 为1还是0 = 移位寄存器，先准备数据，在开时钟线，因为在scl为1时，sda不允许改变
		if(_ucByte&0x80) 
		{
			IIC_SDA_1(); 
		}
		else 
			IIC_SDA_0();
		IIC_Delay();
		IIC_SCL_1();
		IIC_Delay();
		IIC_SCL_0(); //确保下一次能之间写入数据
		if(i==7)
		{
			IIC_SDA_1();
		}
		_ucByte<<=1;
	}
}

  7. 接收一个字节 
    uint8_t IIC_ReadByte(u8 ack)
{
	uint8_t i;
	uint8_t value;
	value=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		value<<=1;
		IIC_SCL_1();
		IIC_Delay();
		if(IIC_SDA_READ())
		{
			value++;
		}
		IIC_SCL_0();
		IIC_Delay();
	}
	if(ack==0)
		IIC_NAck();
	else
		IIC_Ack();
	return value;
}

     

四，硬件iic

 

  1. 第一部分 是俩个通信引脚
  2. 第二部分 是控制iic的通信速率 ccr和iic外设输入时钟源共同构成iic时钟
  3. 第三部分 硬件的对数据进行移位，发送时把数据寄存器数据一位一位发送，接收时把移位寄存器的数据一位一位放进数据寄存器。自身地址寄存器，存放的是自身的地址，做从机时，接收到主机的设备信号，会进行比较。双地址，同时使用俩个iic设备。pec是和数据校验相关，存放校验结果。
  4. 第四部分 控制iic整体逻辑

iic的硬件代码

  1. 初始化结构体

    typedef struct
{
  uint32_t I2C_ClockSpeed;          /*!< Specifies the clock frequency.
                                         This parameter must be set to a value lower than 400kHz */

  uint16_t I2C_Mode;                /*!< Specifies the I2C mode.
                                         This parameter can be a value of @ref I2C_mode */

  uint16_t I2C_DutyCycle;           /*!< Specifies the I2C fast mode duty cycle.
                                         This parameter can be a value of @ref I2C_duty_cycle_in_fast_mode */

  uint16_t I2C_OwnAddress1;         /*!< Specifies the first device own address.
                                         This parameter can be a 7-bit or 10-bit address. */

  uint16_t I2C_Ack;                 /*!< Enables or disables the acknowledgement.
                                         This parameter can be a value of @ref I2C_acknowledgement */

  uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; /*!< Specifies if 7-bit or 10-bit address is acknowledged.
                                         This parameter can be a value of @ref I2C_acknowledged_address */
}I2C_InitTypeDef;
//iic的时钟频率 iic的工作模式 时钟占空比 配置自身地址 配置ack 配置寻址模式7或10

     

  2. 发送数据，要判断事件

    uint32_t I2C_EE_ByteWrite(u8* pBuffer, u8 WriteAddr) 
{
  /* Send STRAT condition */
  I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE);

  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;  
  /* Test on EV5 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))  
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(0);
  } 
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Send EEPROM address for write */
  I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);
  
  /* Test on EV6 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(1);
  }  
  /* Send the EEPROM's internal address to write to */
  I2C_SendData(EEPROM_I2Cx, WriteAddr);
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV8 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(2);
  } 
  
  /* Send the byte to be written */
  I2C_SendData(EEPROM_I2Cx, *pBuffer); 
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;  
  /* Test on EV8 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);
  } 
  
  /* Send STOP condition */
  I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
  
  return 1;
}
  3. 接收数据，判断事件  

uint32_t I2C_EE_BufferRead(u8* pBuffer, u8 ReadAddr, u16 NumByteToRead)
{  
  
  I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
  
  //*((u8 *)0x4001080c) |=0x80; 
  while(I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2Cx, I2C_FLAG_BUSY))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(9);
   }
  
  /* Send START condition */
  I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
  //*((u8 *)0x4001080c) &=~0x80;
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV5 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);
   }
  
  /* Send EEPROM address for write */
  I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);

  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV6 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(11);
   }
    
  /* Clear EV6 by setting again the PE bit */
  I2C_Cmd(EEPROM_I2Cx, ENABLE);

  /* Send the EEPROM's internal address to write to */
  I2C_SendData(EEPROM_I2Cx, ReadAddr);  

   
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV8 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(12);
   }
    
  /* Send STRAT condition a second time */  
  I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV5 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(13);
   }
    
  /* Send EEPROM address for read */
  I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2Cx, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV6 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(14);
   }
  
  /* While there is data to be read */
  while(NumByteToRead)  
  {
    if(NumByteToRead == 1)
    {
      /* Disable Acknowledgement */
      I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, DISABLE);
      
      /* Send STOP Condition */
      I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
    }

    /* Test on EV7 and clear it */    
    I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;
    
		while(I2C_CheckEvent(EEPROM_I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0)  
		{
			if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);
		} 
    {      
      /* Read a byte from the EEPROM */
      *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2Cx);

      /* Point to the next location where the byte read will be saved */
      pBuffer++; 
      
      /* Decrement the read bytes counter */
      NumByteToRead--;        
    }   
  }

  /* Enable Acknowledgement to be ready for another reception */
  I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2Cx, ENABLE);
  
    return 1;
}

 

作者：sew.

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