二、I2C初始化

本文介绍了软件I2C读写代码I2C协议层重点关注的是使用的两个引脚、I2C配置、时序的高低电平等协议相关的内容。

一、软件I2C读写代码框架

代码整体框架首先建立I2C通信层的.c和.h模块在通信层里写好I2C底层的GPIO初始化和6个时序基本单元也就是起始、终止、发送一个字节、接收一个字节、发送应答和接收应答。

由于本代码使用软件I2C所以I2C的库函数暂时不用看软件I2C只需要用GPIO的读写函数就行了。

软件I2C初始化要做两个任务

第一个任务把SCL和SDA都初始化为开漏输出模式第二个任务把SCL和SDA置高电平。

二、I2C初始化

当前接线SCL是PB10SDA是PB11。

所以要开启GPIOBPB10和PB11都要配置成开漏输出的模式。

虽然开漏输出名字上带了个输出但并不代表它只能输出开漏输出模式仍然可以输入。

输入时先输出1再直接读取输入数据寄存器就行了。

这个过程在之前博文讲I2C硬件规定时介绍过。

代码示例

{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//开启时钟GPIO_InitTypeDef

GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode

GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin

GPIO_Pin_10

GPIO_Pin_11;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed

GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,GPIO_InitStruct);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10

GPIO_Pin_11);//把GPIOB的PB10和PB11都置高电平}

调用MyI2C_Init函数PB10和PB11两个端口就被初始化为开漏输出模式然后释放总线。

SCL和SDA处于高电平此时I2C总线处于空闲状态。

三、六个时序基本单元

第一个基本单元起始条件。

根据波形图首先把SCL和SDA都确保释放。

然后先拉低SDA再拉低SCL这样就能产生起始条件了。

在这里可以不断地调用SetBits和ResetBit函数来手动翻转高低电平。

但是这样做会在后面的程序中出现非常多的地方来指定这个GPIO端口号。

一方面这样做语义不是很明显另一方面如果之后需要换一个端口那就需要改动非常多的地方。

所以这时就需要在上面做个定义把端口号统一替换一个名字这样无论是语义还是端口的修改都会非常方便。

给端口号换一个名字有很多方法都能实现功能一种简单的替换方法就是宏定义

#define

之后如果想释放SCL就调用SetBits函数将GPIOB替换为SCL_PORT将GPIO_Pin_10替换为SCL_PIN。

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);

GPIO_SetBits(SCL_PORT,SCL_PIN);

这样语义比较明确而且修改引脚的时候直接在上面修改一下宏定义下面所有引用宏定义的地方都会自动更改。

但是这样宏定义的方法如果换到一个主频很高的单片机中需要对软件时序进行延时操作的时候也不太方便进一步修改。

所以这里也可以直接一点定义函数对操作端口的库函数进行封装这样既容易理解又方便加软件延时。

void

{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);

MyI2C_W_SCL这个W代表写的意思函数里调用GPIO_WriteBit函数第三个参数给BitValue强转为BitAction类型。

这样套一个函数替换之后后面再调用MyI2C_W_SCL函数参数给1或0就可以释放或拉低SCL了。

如果要把这个程序移植到别的单片机就可以把这个函数里的操作替换为其他单片机对应的操作。

GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);

上面这句替换为下面这句

另外如果单片机主频比较快函数里也非常方便加一些延时比如这里要求每次操作引脚之后都要延时10us就可以在引脚操作之后调用延时函数进行引脚延时操作了。

I2C可以慢一些多慢都行但是快的话还是要看一下手册里对时序时间的要求。

void

{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);Delay_us(10);

同理封装一下SDA

{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue);Delay_us(10);

另外还要再来个读SDA的函数因为STM32库函数中读和写不是同一个寄存器

uint8_t

GPIO_Pin_11);Delay_us(10);return

BitValue;

函数MyI2C_R_SDA中R代表读的意思读出SDA之后也延时10us返回读到SDA线的电平。

有了以上三个函数的封装就实现了函数名称、端口号的替换。

同时也可以很方便地修改时序的延时。

当需要替换端口时或者把这个程序移植到别的单片机中时就只需要对这前4个函数里的操作对应更改后面的函数都调用这里封装的新名称进行操作这样在移植的时候后面的部分就不需要再进行修改了。

3.2

在起始条件里需要先把SCL和SDA都释放也就是都输出1.然后先拉低SDA再拉低SCL。

代码示例

{MyI2C_W_SDA(1);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(0);

代码中需注意最好将释放SDA的放在最前面这样更符合起始条件的波形这样保险一些。

如果起始条件之前的SCL和SDA已经是高电平了那不管先释放哪一个都是一样的效果。

但是看下图中Sr这里Start还要兼容这里的重复起始条件SrSr最开始SCL是低电平SDA电平不敢确定。

所以保险起见趁着SCL是低电平先释放SDA再释放SCL。

这时SDA和SCL都是高电平。

然后再拉低SDA拉低SCL。

这样Start就可以兼容起始条件和重复起始条件了。

3.3

当Stop开始如果SDA和SCL都已经是低电平了那就先释放SCL再释放SDA就行了。

但是在时序单元开始时SDA并不一定是低电平。

所以为了确保之后释放SDA能产生上升沿要在时序单元开始时先拉低SDA然后再释放SCL、释放SDA。

所以在程序里Stop的执行逻辑是先拉低SDA再释放SCL再释放SDA。

void

{MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(1);

3.4

函数的参数是要发送的一个字节。

发送一个字节时序开始时SCL是低电平。

实际上除了终止条件SCL以高电平结束所有的单元都会保证SCL以低电平结束这样方便各个单元的拼接。

上图所示SCL低电平变换数据SCL高电平保持数据稳定。

由于是高位先行所以变换数据的时候按照先放最高位再放次高位最后最低位这样的顺序依次把一个字节的每一位放在SDA线上。

每放完一位后执行释放SCL拉低SCL的操作驱动时钟运转。

在程序中的操作就是首先趁SCL低电平先把Byte的最高位放在SDA线上写SDA写1还是写0取决于Byte的最高位。

这里需要取出Byte的最高位可以用

(Byte

这是一个单片机中非常常见的操作。

就是用按位与的方式取出数据的某一位或某几位。

xxxx

这个式子计算结果是0x80或0x00而不是1或0.不过上文函数将参数BitValue强转为BitAction类型就是非0即1所以即使传入0x80也相当于传入了1代码中可以直接写

(Byte

上面方法步骤将最高位数据放好后再释放SCL再拉低SCL驱动时钟走一个脉冲。

MyI2C_W_SDA(Byte

0x80);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);

当释放SCL之后从机就会立刻把放好在SDA的数据读走再拉低SCL然后就可以放下一个数据了下一位是次高位。

MyI2C_W_SDA(Byte

0x40);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);

之后继续写SDA数据与0x20取出再下一位再驱动SCL来一个时钟。

MyI2C_W_SDA(Byte

0x20);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);

这样来8次这个操作就可以写入一个字节。

不过可以套个for循环循环8次减少代码量。

void

i;for(i0;i8;i){MyI2C_W_SDA(Byte

(0x80

i));MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);}

第一次循环

接收一个字节时序开始时SCL低电平此时从机需要把数据放到SDA上为了防止主机干扰从机写入数据主机需要先释放SDA释放SDA也相当于切换为输入模式。

那在SCL低电平时从机会把数据放到SDA。

然后主机释放SCL在SCL高电平期间读取SDA再拉低SCL。

SCL低电平期间从机就会把下一位数据放到SDA上。

这样重复八次主机就能得到一个字节了。

在这里可以发现SCL低电平变换数据高电平读取数据。

实际上就是一种读写分离的设计

那在SCL高电平期间如果非要动SDA来破坏读写规则的话那这个信号就是起始条件和终止条件。

SCL高电平时SDA下降沿为起始条件SDA上升沿为终止条件。

这个设计也保证了起始条件和终止条件的特异性能够在连续不断的波形中快速地定位起始和终止。

因为起始终止与数据传输的波形有本质区别

数据传输SCL高电平不许动SDA起始终止SCL高电平必须动SDA。

进接收一个字节的时序之后SCL是低电平主机释放SDA。

从机把数据放到SDA时主机释放SCLSCL高电平时主机就能读取数据了。

uint8_t

0x00;MyI2C_W_SDA(1);MyI2C_W_SCL(1);if(MyI2C_R_SDA()

1){Byte

读取数据用MyI2C_R_SDA函数套个if如果读SDA为1if成立就知道接收这一位为1了。

先定义一个数据Byte给初始值0x00.

如果第一次读SDA为1就Byte

把Byte最高位置1如果第一次读SDA为0if条件不成立Byte默认为0x00就相当于写如0了。

读取一位之后再把SCL拉低。

这时从机就会把下一位数据放到SDA上。

再执行下方代码相同的流程8次就能接收一个字节了。

MyI2C_W_SCL(1);if(MyI2C_R_SDA()

1){Byte

可以用个for循环把上方代码放进去循环8次依次从高位到低位进行判断。

所以在写个和发送一个字节一样的移位操作。

就可以接收一个字节了。

最后return

Byte;

发送一个字节是发8位发送应答是发1位接收一个字节是收8位接收应答是收1位。

3.5.1

{MyI2C_W_SDA(AckBit);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);

主机把AckBit放到SDA上。

SCL高电平从机读取应答。

SCL低电平进入下一个时序单元。

3.5.2

将接收一个字节的代码中的for循环去掉修改一下。

读SDA时直接把读到的值赋值给AckBit就行了。

最后返回读AckBit。

uint8_t

AckBit;MyI2C_W_SDA(1);MyI2C_W_SCL(1);AckBit

MyI2C_R_SDA();MyI2C_W_SCL(0);return

AckBit;

主机释放SDA防止干扰从机同时从机把应答位放在SDA上。

SCL高电平主机读取应答位。

SCL低电平进入下一个时序单元。

代码疑问

1.程序里主机先把SDA置1了然后再读取SDA应答位就肯定是1吗

第一I2C的引脚都是开漏输出弱上拉的配置主机输出1并不是强置SDA为高电平而是释放SDA。

第二I2C是在进行通信主机释放了SDA那从机如果在的话从机是有义务把SDA再拉低的。

所以即使主机在前面把SDA置1了之后再读取SDA读到的值也可能是0.

2.接收一个字节的代码里不断读取SDA但是for循环中又没写过SDA那SDA读出来应该始终是一个值吗

I2C进行通信是有从机的当主机不断驱动SCL时钟时从机就有义务去改变SDA的电平。

所以主机每次循环读取SDA的时候这个读取到的数据是从机控制的这个读取到的数据也正是从机想要给我们发送的数据。

这也就是这个时序叫做接收一个字节。

通信是有时序的有些引脚的电平之前读和之后读读的值就是不一样的。

四、总代码示例

{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);Delay_us(10);

}//SDA封装

{GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue);Delay_us(10);

uint8_t

GPIO_Pin_11);Delay_us(10);return

BitValue;

{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//开启时钟GPIO_InitTypeDef

GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode

GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin

GPIO_Pin_10

GPIO_Pin_11;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed

GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,GPIO_InitStruct);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10

GPIO_Pin_11);//把GPIOB的PB10和PB11都置高电平}//六个时序基本单元//起始条件

void

{MyI2C_W_SDA(1);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(0);

}//终止条件

{MyI2C_W_SDA(0);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SDA(1);

}//发送一个字节

i;for(i0;i8;i){MyI2C_W_SDA(Byte

(0x80

i));MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);}

}//接收一个字节

i){MyI2C_W_SCL(1);if(MyI2C_R_SDA()

1){Byte

{MyI2C_W_SDA(AckBit);MyI2C_W_SCL(1);MyI2C_W_SCL(0);

}//接收应答

AckBit;MyI2C_W_SDA(1);MyI2C_W_SCL(1);AckBit

MyI2C_R_SDA();MyI2C_W_SCL(0);return

AckBit;

以上就是今天要讲的内容本文仅仅简单介绍了软件I2C读写代码。

其中有使用的两个引脚、I2C配置、时序的高低电平等协议相关内容的代码配置细节。