day9 STM32 I2C总线通信

I2C总线简介

 I2C总线介绍

        I2C（Inter-Integrated Circuit）总线（也称IIC或I2C）是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。

        它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，期间封装形式少，通信速率高等优点。

 I2C总线特征

• 两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL来完成数据的传输及外围器件的扩展；
• I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址；
• I2C总线数据传输速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。
• 一般通过I2C总线接口可编程时钟来实现传输速率的调整，同时也跟所接的上拉电阻的阻值有关。
• I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行单双工的数据传输。

I2C总线物理拓扑结构

        I2C总线在物理连接上分别由SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高，保持着高电平。

 I2C总线协议

I2C协议规定

• 总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件。
• 起始和结束信号总是由主设备产生。
• 总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持高电平。

起始信号：当SCL为高电平时，SDA产生由高到低的跳变（下降沿时），表示产生一个起始条件。

结束信号：当SCL为高电平时，SDA产生由低到高的跳变（上升沿时），表示产生一个结束条件。

 数据传输

• 数据传输以字节为单位，主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA线上传输一个数据位，数据在时钟线的高电平时被采样，一个字节按数据位从高位到低位的顺序进行传输。
• 主设备在传输有效数据之前，要先指定从设备的地址，一般为7位，然后在发送数据传输的方向位，0表示主设备向从设备写数据，1表示主设备向从设备读数据。

应答信号

接受数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数据的器件发出低电平的应答信号，表示已收到数据。这个信号可以是主控器件发出的，也可以是从动器件发出的。总之，是由接收数据的器件发出的。

 I2C总线读写操作

 主设备往从设备写数据

 主设备读从设备数据

 主设备读从设备的某个寄存器

STM32F0-I2C控制器特性

软件模拟I2C时序

由于直接控制GPIO引脚电平产生通讯时序时，需要有CPU控制每个时刻的引脚状态，所以称之为“软件模拟协议”方式。

硬件控制产生I2C时序

STM32 的 I2C 片上外设专门负责实现 I2C 通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种由硬件外设处理 I2C协议的方式减轻了 CPU 的工作，且使软件设计更加简单。

STM32F0-I2C控制

 

 I2C的主要特点：

•  64KB片上闪存的F0带2个I2C：I2C1和I2C2
•  32KB片上闪存的F0只带1个I2C：I2C1
•  I2C2比I2C1所支持的功能少些，不具备
•  对SMBus的硬件支持
•  20mA的驱动能力
•  模块双时钟域以及从停止模式唤醒