14 STM32 - IIC （时序图+软件源码）

14.1 IIC简介

IIC（Inter-Integrated Circuit），中文集成电路总线，是一种串行通信总线，使用多主从架构。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。所有接到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。主设备通过两个IO口便可以访问许多设备，因此可以节约IO口。IIC主从之间只有一根数据线，可以收数据，也可以发数据，但是不能同时收发，因此IIC属于半双工的通信模式。IIC硬件电路通常两根线接4.7K-10K电阻上拉到3.3V。结构如下图所示。
在这里插入图片描述

14.2 IIC时序

IIC两根线传输数据的信号分为开始信号，传输信号，应答信号，结束信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高向低跳变。
传输信号：SCL为高电平时，SDA的电平信号(整个SCL为高时，要确保SDA信号保持不变，只有SCL低电平时，SDA电平才能改变)。
应答信号：传输信号完成后，SDA在SCL低电平时输出高电平，然后修改为输入模式，待SCL为高时读取SDA电平，为高是否定应答信号，为低是肯定应答信号。
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低向高跳变。
如下图，即完成一次8字节数据传输，发送的数据为：0xB2，(二进制: 10110110)
在这里插入图片描述

1: 开始信号；
2：数据改变，只有SCL为低时才能修改；
3-10：数据传输，数据为0xB2，(二进制: 10110110)
11：应答信号：高为从机确定收到数据，低为从机不确定收到数据
12: 结束信号

14.3 软件模拟源码：

#include "soft_iic.h"
#include "delay.h"

//IO操作函数     
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA     
#define READ_SDA   PBin(7)  //输入SDA 

//IO方向设置
#define SDA_IN()  { GPIOB->MODER&=~(3<<(7*2));GPIOB->MODER|=0<<7*2; }  //PB7输入模式
#define SDA_OUT() { GPIOB->MODER&=~(3<<(7*2));GPIOB->MODER|=1<<7*2; }  //PB7输出模式



//初始化IIC
void IICInit(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    
    //GPIOB8,B9初始化设置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;   //普通输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;  //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;    //上拉
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);          //初始化
    IIC_SCL=1;
    IIC_SDA=1;
}

//产生IIC起始信号
static void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();     //sda线输出
    IIC_SDA=1;
    IIC_SCL=1;
    DelayUs(4);
    IIC_SDA=0;    //START:when CLK is high,DATA change form high to low 
    DelayUs(4);
    IIC_SCL=0;    //钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}

//产生IIC停止信号
static void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();  //sda线输出
    IIC_SCL=0;
    IIC_SDA=0;  //STOP:when CLK is high DATA change form low to high
    DelayUs(4);
    IIC_SCL=1; 
    IIC_SDA=1;  //发送I2C总线结束信号
    DelayUs(4);                                   
}

//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败    0，接收应答成功
static u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
    u8 ucErrTime=0;
    SDA_IN();      //SDA设置为输入  
    IIC_SDA=1;DelayUs(1);       
    IIC_SCL=1;DelayUs(1);     
    while(READ_SDA)
    {
        ucErrTime++;
        if(ucErrTime>250) // 超时错误
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
    }
    IIC_SCL=0; //时钟输出0        
    return 0; // 有应答返回0
}

//产生ACK应答
static void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;
    DelayUs(2);
    IIC_SCL=1;
    DelayUs(2);
    IIC_SCL=0;
}

//不产生ACK应答            
static void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;
    DelayUs(2);
    IIC_SCL=1;
    DelayUs(2);
    IIC_SCL=0;
}

static void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;
    SDA_OUT();
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1;
        DelayUs(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
        IIC_SCL=1;
        DelayUs(2);
        IIC_SCL=0;
        DelayUs(2);
    }
}

static u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
    {
        IIC_SCL=0; 
        DelayUs(2);
        IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;
        DelayUs(1); 
    }
    if (ack)
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    else
        IIC_NAck(); //发送nACK
    return receive;
}

直接调用以上API函数，可以读写24C02(EEPROM)。

// 读1字节内容
u8 W24C_ReadOneByte(u16 addr, u8* data)
{
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(0xA0);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 1; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr>>8);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 2; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 3; // err
    }
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(0xA1);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 4; // err
    }
    data[0] = IIC_Read_Byte(0);
    IIC_Stop();
    return 0;
}


// 读n字节内容
u8 W24C_ReadByte(u16 addr, u8* buf, u16 len)
{
    u16 i;
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(0xA0);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 1; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr>>8);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 2; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 3; // err
    }
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(0xA1);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 4; // err
    }
    for(i=0; i<len; i++)
    {
        buf[i] = IIC_Read_Byte(1);
    }
    IIC_Stop();
    return 0;
}

u8 W24C_WriteOneByte(u16 addr, u8 data)
{
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(0xA0);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 1; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr>>8);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 2; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 3; // err
    }
    IIC_Send_Byte(data);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 4; // err
    }
    IIC_Stop();
    DelayMs(5);
    return 0;
}


u8 W24C_WriteByteHighSpeed(u16 addr, u8* data, u8 len)
{
    u8 i;
    
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(0xA0);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 1; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr>>8);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 2; // err
    }
    IIC_Send_Byte(addr&0x0FF);
    if(1 == IIC_Wait_Ack())
    {
        return 3; // err
    }
    for(i=0; i<len; i++)
    {
        IIC_Send_Byte(data[i]);
        IIC_Wait_Ack();
    }
    IIC_Stop();
    DelayMs(5);
    return 0;            
}


u8 W24C_WriteBytes(u16 addr, u8* data, u8 len)
{
    while(len--)
    {
        W24C_WriteOneByte(addr,*data);
        addr++;
        data++;
    }
    return 0;
}