代码收藏家技术教程 2024-10-05

软件IIC与硬件IIC的差异性解析：stm32软件IIC代码详解

1.IIC总线概述

a.基本原理

总线结构

设备类型

b.通信协议

2.软件IIC和硬件1IC的区别：

2.1.实现方式

2.2. 性能

2.3. 可靠性

3. 硬件IIC和软件IIC代码示例

3.1 硬件IIC

1.首先打开外部高速晶振

2.IIC设置

3. 时钟源设置

3.2 软件IIC

1.IIC总线概述

a.基本原理

总线结构

IIC总线使用两条线进行通信

SCL（Serial Clock Line，串行时钟线）：用于同步数据传输

SDA（Serial Data Line，串行数据线）：用于传输数据。

设备类型

IIC总线上可以连接多个设备，这些设备分为两种类型：

主设备（Master）：控制总线，发起通信，生成时钟信号。

从设备（Slave）：响应主设备的请求，根据主设备的指令进行数据的发送和接收

b.通信协议

起始条件：主设备拉低SDA线，然后拉低SCL线，表示通信开始。

停止条件：主设备拉低SCL线，然后拉高SDA线，表示通信结束。

数据传输：数据在SCL线的上升沿被采样，下降沿被释放。每个数据位传输后，从设备会发送一个应答位（ACK）。

应答位：在每个字节传输后，从设备会发送一个应答位。如果从设备准备好接收下一个字节，它会拉低SDA线；否则，SDA线保持高电平，表示不响应（NACK）。

2.软件IIC和硬件1IC的区别：

2.1.实现方式

软件IIC：通过控制GPIO来模拟IIC的SCL和SDA信号来产生IIC的时序

硬件IIC：MCU内部专用硬件模块（IIC外设）来时许的，软件只负责发出命令

2.2. 性能

软件IIC：速度通常比较慢，速度受限于CPU

硬件IIC：速度就比较快，在高频率下工作，不受CPU的限制

2.3. 可靠性

硬件IIC可靠性较高

软件IIC取决于CPU的运行速度，取决于程序员的代码设计

3. 硬件IIC和软件IIC代码示例

3.1 硬件IIC

硬件IIC我们可以使用STM32Cubemx生成代码，以下是使用STM32Cubemx步骤：

1.首先打开外部高速晶振

2.IIC设置

图中第3步保持默认即可

3. 时钟源设置

至此STM32Cubemx关于IIC的基础配置已经完成，点击右上角GENERATE CODE即可以生成代码，需要其余操作可以自行编写代码。

3.2 软件IIC

我们根据IIC的通信时序图即可以模拟出IIC。

.h文件

#ifndef IIC_H
#define IIC_H

#include "stm32f10x.h"

// IIC配置结构体
typedef struct {
    uint32_t I2C_ClockSpeed;  // IIC时钟速度
    uint16_t I2C_Mode;        // IIC模式（I2C_Mode_I2C）
    uint16_t I2C_DutyCycle;   // IIC占空比（I2C_DutyCycle_2）
    uint16_t I2C_OwnAddress1; // IIC自身地址（不常用）
    uint16_t I2C_Ack;         // IIC应答使能（I2C_Ack_Enable 或 I2C_Ack_Disable）
    uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; // IIC地址位数（I2C_AcknowledgedAddress_7bit 或 I2C_AcknowledgedAddress_10bit）
} I2C_ConfigTypeDef;

// IIC初始化
void I2C_Init(I2C_TypeDef* I2Cx, I2C_ConfigTypeDef* I2C_Config);

// IIC启动条件
void I2C_Start(I2C_TypeDef* I2Cx);

// IIC停止条件
void I2C_Stop(I2C_TypeDef* I2Cx);

// IIC发送地址
void I2C_SendAddr(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Addr, uint8_t Dir);

// IIC发送字节
void I2C_WriteByte(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data);

// IIC读取字节
uint8_t I2C_ReadByte(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Ack);

// IIC等待忙状态
void I2C_WaitForEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t Event, uint32_t Timeout);

#endif // IIC_H

.c文件

#include "iic.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_i2c.h"

// IIC初始化
void I2C_Init(I2C_TypeDef* I2Cx, I2C_ConfigTypeDef* I2C_Config) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;

    // 使能I2C和GPIO时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    // 配置I2C引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // PB6 (SCL), PB7 (SDA)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; // 复用开漏输出
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 配置I2C
    I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Config->I2C_ClockSpeed;
    I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Config->I2C_Mode;
    I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_Config->I2C_DutyCycle;
    I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = I2C_Config->I2C_OwnAddress1;
    I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Config->I2C_Ack;
    I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_Config->I2C_AcknowledgedAddress;
    I2C_Init(I2Cx, &I2C_InitStructure);

    // 使能I2C
    I2C_Cmd(I2Cx, ENABLE);
}

// IIC启动条件
void I2C_Start(I2C_TypeDef* I2Cx) {
    I2C_GenerateSTART(I2Cx, ENABLE);
    I2C_WaitForEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT, 10000);
}

// IIC停止条件
void I2C_Stop(I2C_TypeDef* I2Cx) {
    I2C_GenerateSTOP(I2Cx, ENABLE);
}

// IIC发送地址
void I2C_SendAddr(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Addr, uint8_t Dir) {
    uint8_t I2C_Address = (Addr << 1) | Dir;
    I2C_Send7bitAddress(I2Cx, I2C_Address, I2C_Direction_Transmitter);
    I2C_WaitForEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED, 10000);
}

// IIC发送字节
void I2C_WriteByte(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data) {
    I2C_SendData(I2Cx, Data);
    I2C_WaitForEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED, 10000);
}

// IIC读取字节
uint8_t I2C_ReadByte(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Ack) {
    if (Ack == I2C_Ack_Enable) {
        I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, ENABLE);
    } else {
        I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, DISABLE);
    }
    I2C_WaitForEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED, 10000);
    return I2C_ReceiveData(I2Cx);
}

// IIC等待忙状态
void I2C_WaitForEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t Event, uint32_t Timeout) {
    uint32_t tickstart = HAL_GetTick();

    while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, Event)) {
        if ((HAL_GetTick() - tickstart) > Timeout) {
            // 超时处理
            return;
        }
    }
}

作者：Redemption