Stm32之I2C通訊的使用（基於PCF8591）

I2C協議簡介

I2C 通訊協議（Inter－Integrated Circuit）是由Philips公司開發的，它具有引腳少，硬體實現簡單，可擴充套件性強，不需要 USART、CAN 等通訊協議的外部收發裝置的特點，現在被廣泛地使用在系統內多個積體電路（IC）間的通訊。

物理層

IIC物理層

其具有以下特性：

一個 I2C 匯流排只使用兩條匯流排線路，一條雙向

序列資料線(SDA)

，一條

序列時鐘線(SCL)

。資料線即用來表示資料，時鐘線用於資料收發同步。

每個連線到匯流排的裝置都有一個

獨立的地址

，主機可以利用這個地址進行不同裝置之間的訪問。

它是一個支援裝置的匯流排。“匯流排”指多個裝置共用的訊號線。在一個 I2C 通訊匯流排中，可連線多個 I2C 通訊裝置，支援

多個通訊主機及多個通訊從機

。

匯流排透過上拉電阻接到電源，當 I2C 裝置空閒時，會輸出高阻態，而當所有裝置都空閒，都輸出高阻態時，由上拉電阻把匯流排拉成高電平，可以參見GPIO的開漏輸出模式。

協議層

IIC協議層

如圖為I2C通訊的流程，可以總結如下

（概要，具體細節還得看手冊）

：

主機（MCU）的I2C介面發出一個

起始訊號（S）

，告訴從機（SLAVE，奴隸，很形象哈哈）我要開始傳輸資料啦

此時所有從機都會收到這個訊號，但是，到底是哪個從機要進行資料的讀寫呢？，這個時候主機就會廣播

從機地址

（SLAVE ADDRESS，注意每個從機都有唯一的地址），告訴指定的從機要和你進行通訊，以及是

讀資料還是寫資料

（1為讀，0為寫）

被選定的從機此時要給出一個應答訊號，告訴主機到底要不要進行通訊

如果從機答應的話就可以進行通訊了，如果要停止，主機會發送一個停止訊號（P），告訴從機到此結束

STM32的I2C架構

架構就沒什麼好說的了，圖裡一看就明白。

基於PCF8591的I2C通訊程式分析

PCF8591是一款由Philips公司開發的8-bit A/D and D/A converter，採用I2C協議通訊，雖然STM32內建有ADC，但是為了練習I2C的通訊方式，還是採用這款晶片。

我們查閱其datesheet，怎麼去查閱呢，抓關鍵字，

address byte

，確定其地址，手冊上是這樣寫的：

The address always has to be sent as the first byte after the start condition in the I2C-bus protocol。 The last bit of the address byte is the read/write-bit which sets the direction of the following data transfer

從晶片原理圖得知A0，A1，A2接地，1001000X，那麼其地址就是0x90或者是0x91，看是讀還是寫來決定，接下來看

Control byte

，手冊上是這樣寫的：

The second byte sent to a PCF8591 device will be stored in its control register and is required to control the device function。

假設我需要從通道0單端輸出A/D轉換資料，那麼

control byte

就是

01000000 = 0x40

，萬事大吉 ，開寫通訊協議：

首先看

i2c。h

：

#include

“stm32f10x。h”

#include

“delay。h”

//應答訊號

extern

u8

ack

；

//初始化函式

extern

void

I2c_Init

（

void

）；

//起動匯流排函式

extern

void

Start_I2c

（

void

）；

//結束匯流排函式

extern

void

Stop_I2c

（

void

）；

//應答子函式

extern

void

Ack_I2c

（

u8

a

）；

//位元組資料傳送函式

extern

void

SendByte

（

unsigned

char

c

）；

//有子地址傳送多位元組資料函式

extern

u8

ISendStr

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

suba

，

unsigned

char

*

s

，

unsigned

char

no

）

；

//無子地址傳送多位元組資料函式

extern

u8

ISendStrExt

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

*

s

，

unsigned

char

no

）；

//無子地址讀位元組資料函式

extern

unsigned

char

RcvByte

（

void

）；

//有子地址讀取多位元組資料函式

extern

u8

IRcvStr

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

suba

，

unsigned

char

*

s

，

unsigned

char

no

）；

//無子地址讀取多位元組資料函式

extern

u8

IRcvStrExt

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

*

s

，

unsigned

char

no

）；

然後看

i2c。c

，實際上的i2c協議很複雜，下面使用操作GPIO的方式來模擬I2C通訊（不使用庫函式操作），不是想要了解其中的原理可直接複製網路上現成的資源，每個晶片的i2C通訊方式也略有差別，具體如何實現還是要看datesheet怎麼寫的。

/*************************此部分為I2C匯流排的驅動程式*************************************/

#include

“i2c。h” //變數定義和函式宣告全在此檔案中

/************************************硬體介面******************************/

#define i2c_port GPIOB

#define SData GPIO_Pin_7

//PB7； //I2C 時鐘

#define SCLK GPIO_Pin_6

//PB6； //I2C 資料

/********************************宏定義*******************************************/

#define SCL（x） x ？ GPIO_SetBits（GPIOB ， SCLK） ： GPIO_ResetBits（GPIOB ， SCLK）

#define SDA（x） x ？ GPIO_SetBits（GPIOB ， SData） ： GPIO_ResetBits（GPIOB ， SData）

/********************************變數*******************************************/

u8

ack

；

/*******************************************************************

初始化函式

函式原型： void I2c_Init（）；

功能： 初始化引腳

********************************************************************/

void

I2c_Init

（

void

）

{

GPIO_InitTypeDef

GPIO_InitStructure

；

RCC_APB2PeriphClockCmd

（

RCC_APB2Periph_GPIOB

|

RCC_APB2Periph_AFIO

，

ENABLE

）；

GPIO_InitStructure

。

GPIO_Pin

=

SData

|

SCLK

；

GPIO_InitStructure

。

GPIO_Mode

=

GPIO_Mode_Out_OD

；

//設定為開漏輸出，實現線與功能

GPIO_InitStructure

。

GPIO_Speed

=

GPIO_Speed_50MHz

；

GPIO_Init

（

i2c_port

，

&

GPIO_InitStructure

）；

}

/*******************************************************************

起動匯流排函式

函式原型： void Start_I2c（）；

功能： 啟動I2C匯流排，即傳送I2C起始條件。

********************************************************************/

void

Start_I2c

（）

{

SDA

（

1

）；

//SDA=1； 傳送起始條件（S）的資料訊號

delay_us

（

1

）；

SCL

（

1

）；

//SCL=1；

delay_us

（

5

）；

//起始條件建立時間大於4。7us，延時，關於建立時間與保持時間，這些是數位電路中的重要概 念，不再解釋。

SDA

（

0

）；

//SDA=0； /*傳送起始訊號*/

delay_us

（

5

）；

// 起始條件鎖定時間大於4μs

SCL

（

0

）；

//SCL=0； /*鉗住I2C匯流排，準備傳送或接收資料 */

delay_us

（

2

）；

}

/*******************************************************************

結束匯流排函式

函式原型： void Stop_I2c（）；

功能： 結束I2C匯流排，即傳送I2C結束條件。

********************************************************************/

void

Stop_I2c

（）

{

SDA

（

0

）；

//SDA=0；傳送結束條件的資料訊號

delay_us

（

1

）；

//傳送結束條件的時鐘訊號

SCL

（

1

）

；

//SCL=1；結束條件建立時間大於4μs

delay_us

（

5

）；

SDA

（

0

）；

//SDA=1；傳送I2C匯流排結束訊號

delay_us

（

4

）；

}

/*******************************************************************

位元組資料傳送函式

函式原型： void SendByte（UCHAR c）；

功能： 將資料c傳送出去，可以是地址，也可以是資料，發完後等待應答，並對

此狀態位進行操作。（不應答或非應答都使ack=0）

傳送資料正常，ack=1； ack=0表示被控器無應答或損壞。

********************************************************************/

void

SendByte

（

unsigned

char

c

）

{

unsigned

char

BitCnt

；

for

（

BitCnt

=

0

；

BitCnt

<

8

；

BitCnt

++

）

//要傳送的資料長度為8位

{

if

（（

c

<<

BitCnt

）

&

0x80

）

SDA

（

1

）；

//SDA=1； 判斷髮送位

else

SDA

（

0

）；

// SDA=0

delay_us

（

1

）；

SCL

（

1

）；

//SCL=1 置時鐘線為高，通知被控器開始接收資料位

delay_us

（

5

）；

//保證時鐘高電平週期大於4μs

SCL

（

0

）；

//SCL = 0

}

delay_us

（

2

）；

SDA

（

1

）；

//SDA=1 位傳送完後釋放資料線，準備接收應答位

delay_us

（

2

）；

SCL

（

1

）；

//SCL=1

delay_us

（

3

）；

if

（

GPIO_ReadInputDataBit

（

GPIOB

，

SData

）

==

1

）

ack

=

0

；

else

ack

=

1

；

//判斷是否接收到應答訊號

SCL

（

0

）；

//SCL=0；

delay_us

（

3

）；

}

/*******************************************************************

位元組資料接收函式

函式原型： UCHAR RcvByte（）；

功能： 用來接收從器件傳來的資料，並判斷匯流排錯誤（不發應答訊號），

發完後請用應答函式應答從機。

********************************************************************/

unsigned

char

RcvByte

（）

{

unsigned

char

retc

；

unsigned

char

BitCnt

；

retc

=

0

；

SDA

（

1

）；

//SDA=1 置資料線為輸入方式

for

（

BitCnt

=

0

；

BitCnt

<

8

；

BitCnt

++

）

{

delay_us

（

1

）；

SCL

（

0

）；

//SCL=0 置時鐘線為低，準備接收資料位

delay_us

（

5

）；

//時鐘低電平週期大於4。7μs

SCL

（

1

）；

//SCL=1 置時鐘線為高使資料線上資料有效

delay_us

（

2

）；

retc

=

retc

<<

1

；

if

（

GPIO_ReadInputDataBit

（

GPIOB

，

SData

）

==

1

）

retc

=

retc

+

1

；

// SDA == 1讀資料位，接收的資料位放入retc中

delay_us

（

2

）；

}

SCL

（

0

）；

// SCL=0；

delay_us

（

2

）；

return

（

retc

）；

}

/********************************************************************

應答子函式

函式原型： void Ack_I2c（bit a）；

功能： 主控器進行應答訊號（可以是應答或非應答訊號，由位引數a決定）

********************************************************************/

void

Ack_I2c

（

u8

a

）

{

if

（

a

==

0

）

SDA

（

0

）；

//SDA=0；在此發出應答或非應答訊號

else

SDA

（

1

）；

//SDA=1；

delay_us

（

3

）；

SCL

（

1

）；

//SCL=1；

delay_us

（

4

）；

//時鐘低電平週期大於4μs

SCL

（

0

）

；

//SCL=0； 清時鐘線，鉗住I2C匯流排以便繼續接收

delay_us

（

2

）；

}

pcf8591。h

：

#ifndef __pcf8591_H__

#define __pcf8591_H__

#include

“sys。h”

#include

“i2c。h”

u8

DACconversion

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

c

，

unsigned

char

Val

）；

u8

ISendByte

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

c

）；

u8

IRcvByte

（

unsigned

char

sla

）；

#endif

pcf8591。c

：

#include

“pcf8591。h”

/*******************************************************************

DAC 變換， 轉化函式

*******************************************************************/

u8

DACconversion

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

c

，

unsigned

char

Val

）

{

Start_I2c

（）；

//啟動匯流排

SendByte

（

sla

）；

//傳送器件地址

if

（

ack

==

0

）

return

（

0

）；

SendByte

（

c

）；

//傳送控制位元組

if

（

ack

==

0

）

return

（

0

）；

SendByte

（

Val

）；

//傳送DAC的數值

if

（

ack

==

0

）

return

（

0

）；

Stop_I2c

（）；

//結束匯流排

return

（

1

）；

}

/*******************************************************************

ADC傳送位元組［命令］資料函式

*******************************************************************/

u8

ISendByte

（

unsigned

char

sla

，

unsigned

char

c

）

{

Start_I2c

（）；

//啟動匯流排

SendByte

（

sla

）；

//傳送器件地址

if

（

ack

==

0

）

return

（

0

）；

//應答訊號

SendByte

（

c

）；

//傳送資料

if

（

ack

==

0

）

return

（

0

）；

Stop_I2c

（）；

//結束匯流排

return

（

1

）；

}

/*******************************************************************

ADC讀位元組資料函式

*******************************************************************/

unsigned

char

IRcvByte

（

unsigned

char

sla

）

{

unsigned

char

c

；

Start_I2c

（）；

//啟動匯流排

SendByte

（

sla

+

1

）；

//傳送器件地址，由於是讀取，所以加1

if

（

ack

==

0

）

return

（

0

）；

c

=

RcvByte

（）；

//讀取資料0

Ack_I2c

（

1

）；

//傳送非就答位

Stop_I2c

（）；

//結束匯流排

return

（

c

）；

}

最後看

main。c

的操作

#include

“sys。h”

#include

“delay。h”

#include

“i2c。h”

#include

“usart。h”

#include

“pcf8591。h”

#define PCF8591 0x90

vu16

date

；

int

main

（

void

）

{

I2c_Init

（）；

uart_init

（

115200

）；

delay_init

（）；

while

（

1

）

{

ISendByte

（

PCF8591

，

0x40

）；

date

=

IRcvByte

（

PCF8591

）；

//

printf

（

“Send：%d

\n\r

”

，

date

）；

delay_ms

（

500

）；

}

}

以後會更新更多基於IIC協議的器件通訊，也會給出庫函式版本的操作

總結

實現I2C通訊，以下幾個要點：

datasheet中找到address byte，以及相關暫存器的規則

配置I2C埠以及相關時鐘

根據I2C協議編寫通訊程式碼