代码收藏家技术教程 2024-07-19

STM32 I2C硬件外设详解

本博文建议与我上一篇I2C 通信协议共同理解合成一套关于I2C软硬件体系

STM32内部集成了硬件I2C收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、数据收发等功能，减轻CPU的负担

特点：

多主机功能：该模块既可做主设备也可做从设备

支持7位 / 10位地址模式

支持不同的通讯速度，标准速度(高达100 kHz)，快速(高达400 kHz)

根据特定设备的需要，可以使用DMA以减轻CPU的负担

可配置的PEC(信息包错误检测)的产生或校验：

兼容SMBus协议

STM32F103C8T6 硬件I2C资源：I2C1、I2C2

模式选择

接口可以下述
4
种模式中的一种运行：

从发送器模式

从接收器模式

主发送器模式

主接收器模式

基本结构

注意：

SDA线可以输入输出，同样SCL线也可以输入输出，当I2C设备当从机时候，其他主机的SCL线输入控制该设备的SCL线

通信流程

主机发送

说明：S=Start(起始条件)，Sr=重复的起始条件，P=Stop(停止条件)，A=响应，NA=非响应，

EVx=事件(ITEVFEN=1时产生中断)。

EV5：置SB=1，读SR1然后将地址写入DR寄存器将清除该事件。

EV6：置ADDR=1，读SR1然后读SR2将清除该事件。

EV8_1：置TxE=1，移位寄存器空，数据寄存器空，写DR寄存器。

EV8：置TxE=1，移位寄存器非空，数据寄存器空，写入DR寄存器将清除该事件。

EV8_2：置TxE=1，BTF=1 请求设置停止位。TxE和BTF位由硬件在产生停止条件时清除。

EV9：置ADDR10=1，读SR1然后写入DR寄存器将清除该事件。

主机接收

EV5：置SB=1，读SR1然后将地址写入DR寄存器将清除该事件。

EV6：置ADDR=1，读SR1然后读SR2将清除该事件。在10位主接收模式下，该事件后应设置CR2的START=1。

EV6_1：没有对应的事件标志，只适于接收1个字节的情况。恰好在EV6之后(即清除了ADDR之后)，要清除响应和停止条件的产生位。

EV7：置RxNE=1，读DR寄存器清除该事件。

EV7_1：置RxNE=1，读DR寄存器清除该事件。设置ACK=0和STOP请求。

EV9：置ADDR10=1，读SR1然后写入DR寄存器将清除该事件

初始化代码（利用MPU6050）

使用 I2C硬件模块与 MPU6050 通信

I2C初始化

void MPU6050_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE);	//开启I2C2的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);	//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	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);	//将PB10和PB11引脚初始化为复用开漏输出
	
	/*I2C初始化*/
	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;					//定义结构体变量
	I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;			//模式，选择为I2C模式
	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;			//时钟速度，选择为50KHz
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;	//时钟占空比，选择Tlow/Thigh = 2
	I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;			//应答，选择使能
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
	//应答地址，选择7位，从机模式下才有效
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;			//自身地址，从机模式下才有效
	I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure);				
    //将结构体变量交给I2C_Init，配置I2C2
	
	/*I2C使能*/
	I2C_Cmd(I2C2, ENABLE);							//使能I2C2，开始运行
	
	/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/

	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);			
	//电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);	
    //电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);		//采样率分频寄存器，配置采样率
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);			//配置寄存器，配置DLPF
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);	//陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/s
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);	//加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}

写入（Data即写入数据）

/**
  * 函    数：MPU6050写寄存器
  * 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
  * 参    数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
  * 返 回 值：无
  */
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);							
	//硬件I2C生成起始条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);		
	//等待EV5
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);	
    //硬件I2C发送从机地址，方向为发送
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);	
    //等待EV6
	I2C_SendData(I2C2, RegAddress);						
	//硬件I2C发送寄存器地址
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);		
	//等待EV8
	I2C_SendData(I2C2, Data);										
	//硬件I2C发送数据
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);			
	//等待EV8_2
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);									
	//硬件I2C生成终止条件
}

读出（返回值即读出数据）

/**
  * 函    数：MPU6050读寄存器
  * 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
  * 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
  */
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);								
	//硬件I2C生成起始条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);				
	//等待EV5
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);
	//硬件I2C发送从机地址，方向为发送
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	//等待EV6
	I2C_SendData(I2C2, RegAddress);										
	//硬件I2C发送寄存器地址
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);			
	//等待EV8_2
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);									
	//硬件I2C生成重复起始条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);				
	//等待EV5
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);	
	//硬件I2C发送从机地址，方向为接收
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);	
	//等待EV6
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE);								
	//在接收最后一个字节之前提前将应答失能
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);										
	//在接收最后一个字节之前提前申请停止条件
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);			
	//等待EV7
	Data = I2C_ReceiveData(I2C2);										
	//接收数据寄存器
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE);								
	//将应答恢复为使能，为了不影响后续可能产生的读取多字节操作
	
	return Data;
}

作者：上山的月