代码收藏家技术教程 2024-10-24

STM32——关于I2C的讲解与应用

1、什么是I2C？

I2C(Inter－Integrated Circuit)是一种通用的总线协议。它是由Philips(飞利浦)公司，现NXP(恩智浦)半导体开发的一种简单的双向两线制总线协议标准。是一种半双工的同步通信协议。

2、I2C协议标准

I2C协议使用两根总线线路，即时钟线（SCL）和数据线（SDA），用于在主设备和从设备之间传输数据。主设备负责生成时钟信号，并控制通信的起始和停止，从设备则负责响应主设备的指令和传输数据。

对于I2C总线来说，支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从），类似上面的就是一主多从。

I2C协议支持多主设备和多从设备的连接，每个设备都有一个唯一的地址。主设备通过发送地址和数据来选择要与之通信的从设备，并可以进行读取和写入操作。I2C总线保持向下兼容性。

I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。各设备连接到总线的输出端时必须是漏极开路（OD）输出或者集电极开路（OC）输出。

在I2C的实际应用中，我们实际一般将软件模拟的I2C引脚定义为开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD），将硬件模拟的I2C引脚定义为复用开漏输出（ GPIO_Mode_AF_OD）

3、I2C的通信速率

标准模式：100Kbps，采用7位寻址。

快速模式：400Kbps，采用10位寻址。

高速模式：3.4Mbps。

4、I2C总线的工作原理

MCU与I2C芯片之间的通信，可以形象的比喻成两个人对话，因此必须遵循基本的规范；一是你说的话别人能够听懂，即双方要有约定的信号协议（通信协议）；二是你的语速要能够被别人所接受，即双方满足时序要求。

5、I2C总线的信号要求

I2C总线上可以挂多个设备，每个I2C设备都有固定的地址，只有当I2C两条线上传输的地址值等于某个I2C设备的地址时，该I2C设备才做出响应。数据传输后，必须要有应答信号（响应信号）。数据传输前必须有开始信号，传输结束后必须有结束信号。

开始信号：I2C协议规定，SCL处于高电平时，SDA由高到低变化，这种信号是起始信号。当I2C总线上的设别检测到这个开始信号后，就知道该发送数据了。

停止信号：I2C协议规定，SCL处于高电平，SDA由低到高变化，这种信号是停止信号。

数据传输：I2C协议对数据的采样发生在SCL高电平期间，除了起始和停止信号，在数据传输期间，SCL为高电平时，SDA必须保持稳定，不允许改变，在SCL低电平时才可以进行变化。

应答信号：处理器把数据发给从设备，如何知道从设备已经接收到数据呢？这就需要从设备回应一个信号给主机，因为当主机发送玩数据会后就不再驱动总线（SDA引脚由输出变为输入），而SDA和SCL硬件在设计时都有上拉电阻，所以这时SDA变为高电平。当一个字节的数据传输完成后，即在第九个SCL时钟周期内，此时主机需要释放SDA总线，把总线控制权交给从机，由于上拉电阻的作用，此时总线为高电平，如果从机正确的收到了主机发来的数据，会把SDA拉低，表示应答响应。当在第九个SCL时钟周期内，若SDA是高电平，则为无效应答，表示从机位接收到主机发送来的数据。

6、软件模拟I2C通信

首先我们设置软件I2C的引脚，将其定义为开漏输出
void Soft_I2C_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

/*这里为什么两个引脚都设置为高电平，是由于I2C总线的要求，
在使用I2C协议时，当SCL和SDA处于高电平时，此时I2C总线为空闲状态。*/
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);
}

在这里我们定义SCL和SDA
void Soft_I2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void Soft_I2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_12, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

I2C协议规定，SCL处于高电平时，SDA由高到低变化，这种信号是起始信号。
当I2C总线上的设别检测到这个开始信号后，就知道该发送数据了。
void Soft_I2C_Start(void)
{
	Soft_I2C_W_SDA(1);
	Soft_I2C_W_SCL(1);
	Soft_I2C_W_SDA(0);
	Soft_I2C_W_SCL(0);
}

当I2C准备发送一个字节时，SCL在低电平期间，主机会依次将数据位放到SDA线上（高位先行）
所以在这里我们将SCL拉到低电平，更便于我们理解。

void Soft_I2C_Stop(void)
{
	Soft_I2C_W_SDA(0);
	Soft_I2C_W_SDA(1);
	Soft_I2C_W_SCL(1);
}

当SCL低电平，变换数据，高电平，保持数据稳定
void Soft_I2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for(i = 0 ;i<8;i++)
	{
		当SCL低电平时，把Byte的最高位放在SDA线上（高位先行）
		Soft_I2C_W_SDA(Byte & （0x80 >> i));
		Soft_I2C_W_SCL(1);从机将在SCL高电平期间读取数据位
		Soft_I2C_W_SCL(0);当SCL低电平时，SDA会继续取下一位的数据
	}
}

作者：Xa_L