软件实现和硬件实现
串口通信为异步时序，用软件实现很麻烦，基本上用硬件实现
而I2C协议通信为同步时序，软件实现简单且灵活，硬件实现比较麻烦，故软件比较常用
但I2C硬件实现功能比较大，执行效率高，节省软件资源，可以实现完整的多主机通信模型，时序波形归整，通信速率快
故I2C软件实现用于简单环境，若性能要求高，则硬件实现
I2C外设简介
1.（软件只需要写入控制寄存器CR和数据寄存器DR，就可以实现协议，为了实现实时监控时序的状态，软件要读取状态寄存器SR）
2.支持多主机模型（固定多主机和可变多主机（stm32，谁要做主机，主机就得跳出来））
3.本实验依旧是7位、一个主机（一主多从）
4.STM32F103C8T6 硬件 I2C 资源： I2C1 、 I2C2（两个独立I2C，硬件只有俩路I2C总线，而软件I2C只要代码存的下，想开几路就开几路）
I2C的功能图
（1）数据控制部分
1 数据收发的核心部分：数据寄存器和数据移位寄存器
2 发送数据时，将数据放在数据寄存器，当没有移位时候，数据从数据寄存器转运到移位寄存器，同时，下一个数据送到数据寄存器，然后移位寄存器将数据给SDA，数据寄存器中的数据给移位寄存器，如此往复
3 当数据寄存器转到移位寄存器时，就会置状态寄存器的TXE位为1，表示发送寄存器为空
接收数据
- 接收数据时，从SDA转到移位寄存器，再转到数据寄存器，同时置标志位RXNE，表示接受寄存器非空，这时候可以把数据从数据寄存器读出来
- 比较器和地址寄存器时从机模式使用（即再stm32不进行通信的时候，这个stm32支持同时响应两个从机地址
SCL部分
时钟控制：控制SCL线
时钟控制寄存器（CCR）:写对应的位，电路就会执行对应的功能
控制逻辑电路：写入控制寄存器（CR1/CR2），就可以对整个电路进行控制
读取状态寄存器，可以得知电路的工作状态
中断：当内部有一些标志位置1后，可能事件比较紧急，就可以申请中断
如果开启中断，当事件发生后，程序可以跳转到中断函数处理事件
I2C基本结构
发送数据（从数据控制器到SDA）：因为I2C是高位先行，所以移位寄存器是向左移位，在发送和的时候，最高位先移出去，然后是次高位，一次SCL时钟移位一次，移动8次，就把一个字节由高位到低位，一次放到SDA线上
接收数据：数据从SDA经GPIO口，从右边一次移进来，最终移动8次，一个字节就接收完成
使用硬件I2C：两个GPIO口，都要配置成复用开漏输出模式
复用就是GPIO的状态由片上外设来控制
开漏输出：时I2C协议要求的端口配置（GPIO口依旧可以输入）
主机发送
7位主发送的过程
TxE=1表示数据寄存器空，BTF字节发送结束标志位
SB=1,表示起始条件已经发送
（1）初始化之后：总线默认空闲状态，stm32默认是从模式
（2）stm32需要写入控制寄存器产生起始条件：
控制寄存器CR1中，有个START位，写1，可以产生起始条件，起始条件发生后，这一位由硬件清除，不需要手动侵清除
之后stm32从从模式转换成主模式
（3）检查标志位
EV5事件：SB(start bit)=1，表示起始条件已经发送
（4）发送从机地址：需要写到数据寄存器DR中，写入后，硬件自动把这个字节转到移位寄存器中，再把这个字节发送到IIC总线上
之后硬件会自动接收应答并判断，若没有应答，硬件会置应答失败的标志位，标志位可以申请中断来提醒我们
（5）寻址完成之后，会发生EV6事件，ADDR=1，代表在主模式下发送结束
（6）EV8_1事件：TxE=1，移位寄存器和数据寄存器为空，写入数据寄存器DR进行数据发送，一旦写入DR，因为
移位寄存器也是空的，所以DR会立刻转到移位寄存器进行发送
（7）EV8事件：TxE=1，移位寄存器非空，数据寄存器空，这移位寄存器正在发数据的状态，故数据1的时序产生
一旦检测到EV8事件，就可以写入下一个数据
（8）EV8_2事件：写完后，没有数据可以写了
主机接收
这里是当前地址读的模式
（1）首先写入start位，产生起始条件，等EV5事件，EV5事件代表起始条件已经发送，
（2）之后是寻址，接收应答，结束后产生EV6事件，代表寻址已经完成
（3）数据1这块，代表数据正在通过移位寄存器进行输入，EV6-1事件，从上图可以看出，数据正在移位，还没收到，所以事件没有标志位，当这个时序单元完成时，硬件会自动根据我们的配置，把应答位发送出去（ACK应答使能，写1，在接收到一个字节后就返回一个应答，写0不给应答），当时序单元完成后，表示移位寄存器已经成功移入一个字节的数据1，这时，移入的一个字节就整体转移到数据寄存器中，同时置RxNE标志位，表示数据寄存器非空，也就是收到一个字节的数据，这个状态就是EV7事件、
（4）当把数据读走后，EV7事件就没有了
（5）EV7_1：结束
（6）由于设置了ACK=0,所以会给出非应答，最后由于设置STOP位，所以产生终止条件
软件和硬件之间的比较
（1）硬件IIC的波形比较规整，软件IIC由于添加了延时，时钟周期、占空比可能不规整
SCL低电平写，高电平读（默认下降沿写，上升沿读，硬件IIC数据写入，都是紧贴着下降沿，SCL下降沿，SDA立马切换数据）
（2）在硬件中，应答结束后，从机立刻释放SDA，同时主机立刻拉低SDA，故出现尖锋
SDA接在B11,SCL接在B10 ，软件IIC的两个引脚可以任意更改的，因为都是开漏输出，硬件接在哪个引脚上，程序中就对应操作哪个引脚
但是硬件IIC，通信引脚是不可以任意指定的，查表，由于PB6、PB7被OLED应用，所以用PB10、PB11,软件IIC的代码在此处也适用
程序部分
软件IIC改为硬件IIC
第一步:开启I2C外设,对I2C2外设进行初始化，以替换MyI2C_Init
第二步:控制外设电路，实现指定地址写的时序，以替换WriteReg
第三步:控制外设电路，实现指定地址读的时序，以替换ReadReg
配置IIC外设初始化配置
第一步：开启IIC外设和对应GPIO口的时钟
第二步：把IIC外设和对应的GPIO口初始化为复用开漏模式
第三步：使用结构体，对整个IIC进行配置
第四步：I2C_Cmd,使能I2C
MPU6050.c代码
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MPU6050_Reg.h"
#define MPU6050_ADDRESS 0xD0 //MPU6050的I2C从机地址
/**
* 函 数：MPU6050等待事件
* 参 数：同I2C_CheckEvent
* 返 回 值：无
*/
void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
uint32_t Timeout;
Timeout = 10000; //给定超时计数时间
while (I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT) != SUCCESS) //循环等待指定事件
{
Timeout --; //等待时，计数值自减
if (Timeout == 0) //自减到0后，等待超时
{
/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/
break; //跳出等待，不等了
}
}
}
/**
* 函 数：MPU6050写寄存器
* 参 数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
* 参 数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
* 返 回 值：无
*/
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE); //硬件I2C生成起始条件
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT); //等待EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter); //硬件I2C发送从机地址，方向为发送
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED); //等待EV6
I2C_SendData(I2C2, RegAddress); //硬件I2C发送寄存器地址
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING); //等待EV8
I2C_SendData(I2C2, Data); //硬件I2C发送数据
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED); //等待EV8_2
I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE); //硬件I2C生成终止条件
}
/**
* 函 数：MPU6050读寄存器
* 参 数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述
* 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF
*/
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
uint8_t Data;
I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE); //硬件I2C生成起始条件
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT); //等待EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter); //硬件I2C发送从机地址，方向为发送
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED); //等待EV6
I2C_SendData(I2C2, RegAddress); //硬件I2C发送寄存器地址
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED); //等待EV8_2
I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE); //硬件I2C生成重复起始条件
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT); //等待EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver); //硬件I2C发送从机地址，方向为接收
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED); //等待EV6
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE); //在接收最后一个字节之前提前将应答失能
I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE); //在接收最后一个字节之前提前申请停止条件
MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED); //等待EV7
Data = I2C_ReceiveData(I2C2); //接收数据寄存器
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE); //将应答恢复为使能，为了不影响后续可能产生的读取多字节操作
return Data;
}
/**
* 函 数：MPU6050初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void MPU6050_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE); //开启I2C2的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启GPIOB的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //将PB10和PB11引脚初始化为复用开漏输出
/*I2C初始化*/
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure; //定义结构体变量
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; //模式，选择为I2C模式
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000; //时钟速度，选择为50KHz
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; //时钟占空比，选择Tlow/Thigh = 2
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; //应答，选择使能
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; //应答地址，选择7位，从机模式下才有效
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00; //自身地址，从机模式下才有效
I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure); //将结构体变量交给I2C_Init，配置I2C2
/*I2C使能*/
I2C_Cmd(I2C2, ENABLE); //使能I2C2，开始运行
/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01); //电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00); //电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机
MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09); //采样率分频寄存器，配置采样率
MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06); //配置寄存器，配置DLPF
MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18); //陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/s
MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18); //加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}
/**
* 函 数：MPU6050获取ID号
* 参 数：无
* 返 回 值：MPU6050的ID号
*/
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I); //返回WHO_AM_I寄存器的值
}
/**
* 函 数：MPU6050获取数据
* 参 数：AccX AccY AccZ 加速度计X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
* 参 数：GyroX GyroY GyroZ 陀螺仪X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767
* 返 回 值：无
*/
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{
uint8_t DataH, DataL; //定义数据高8位和低8位的变量
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H); //读取加速度计X轴的高8位数据
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L); //读取加速度计X轴的低8位数据
*AccX = (DataH << 8) | DataL; //数据拼接，通过输出参数返回
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H); //读取加速度计Y轴的高8位数据
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L); //读取加速度计Y轴的低8位数据
*AccY = (DataH << 8) | DataL; //数据拼接，通过输出参数返回
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H); //读取加速度计Z轴的高8位数据
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L); //读取加速度计Z轴的低8位数据
*AccZ = (DataH << 8) | DataL; //数据拼接，通过输出参数返回
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H); //读取陀螺仪X轴的高8位数据
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L); //读取陀螺仪X轴的低8位数据
*GyroX = (DataH << 8) | DataL; //数据拼接，通过输出参数返回
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H); //读取陀螺仪Y轴的高8位数据
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L); //读取陀螺仪Y轴的低8位数据
*GyroY = (DataH << 8) | DataL; //数据拼接，通过输出参数返回
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H); //读取陀螺仪Z轴的高8位数据
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L); //读取陀螺仪Z轴的低8位数据
*GyroZ = (DataH << 8) | DataL; //数据拼接，通过输出参数返回
}main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"
uint8_t ID; //定义用于存放ID号的变量
int16_t AX, AY, AZ, GX, GY, GZ; //定义用于存放各个数据的变量
int main(void)
{
/*模块初始化*/
OLED_Init(); //OLED初始化
MPU6050_Init(); //MPU6050初始化
/*显示ID号*/
OLED_ShowString(1, 1, "ID:"); //显示静态字符串
ID = MPU6050_GetID(); //获取MPU6050的ID号
OLED_ShowHexNum(1, 4, ID, 2); //OLED显示ID号
while (1)
{
MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ); //获取MPU6050的数据
OLED_ShowSignedNum(2, 1, AX, 5); //OLED显示数据
OLED_ShowSignedNum(3, 1, AY, 5);
OLED_ShowSignedNum(4, 1, AZ, 5);
OLED_ShowSignedNum(2, 8, GX, 5);
OLED_ShowSignedNum(3, 8, GY, 5);
OLED_ShowSignedNum(4, 8, GZ, 5);
}
}MPU6050.h代码
#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data);
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress);
void MPU6050_Init(void);
uint8_t MPU6050_GetID(void);
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ,
int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);
#endif
