STM32入门——IIC通讯

江科大STM32学习记录

I2C通信

• I2C（Inter IC Bus）是由Philips公司开发的一种通用数据总线
• 两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）
• 同步，半双工
• 带数据应答
• 支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）
  硬件电路
• 所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起
• 设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式
• SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右
  
• *IIC的SCL和SDA要配置成开漏输出，开漏与弱上拉的模式

I2C时序基本单元

• 起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平
• 终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平
  

void myIIC_Start(void)//SCL高电平期间，sda产生一个下升沿
{Set_SDA(1);Set_SCL(1);Set_SDA(0);Set_SCL(0);}void myIIC_Stop(void)//SCL高电平期间，sda产生一个上升沿
{Set_SCL(1);Set_SDA(0);Set_SDA(1);
}

I2C时序基本单元

• 发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节
  

void myIIC_SendByte(uint8_t Byte)//SCL低电平，主机把数据放到SDA线上，SCL高电平，从机读取SDA上的数据
{uint8_t i;for(i=0;i<8;i++){Set_SDA(Byte & (0x80>>i));Set_SCL(1);	Set_SCL(0);	}
}

I2C时序基本单元

• 接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）
  

uint8_t myIIC_ReceByte(void)//SCL低电平，从机把数据放到SDA线上，SCL高电平，主机读取SDA上的数据
{uint8_t Rece_Byte = 0x00;uint8_t i;Set_SDA(1);//释放sda总线for(i=0;i<8;i++){Set_SCL(1);if(Read_SDA() == 1){Rece_Byte |= (0x80 >> i);}Set_SCL(0);	}return Rece_Byte;}

---

• 发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
• 接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）
  

void myIIC_SendACK(uint8_t AckBit)
{Set_SDA(AckBit);Set_SCL(1);	Set_SCL(0);	
}uint8_t myIIC_ReceACK(void)
{uint8_t AckBit;Set_SDA(1);//释放sda总线Set_SCL(1);AckBit = Read_SDA();Set_SCL(0);	return AckBit;
}

I2C时序

• 指定地址写
• 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data）
  
  发送的第一个字节为从机地址加读写位，高七位为从机地址，最低位为读写位（0表示要写入；1表示要读出）

void Specify_Address_Write(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{myIIC_Start();myIIC_SendByte(Slave);myIIC_ReceACK();myIIC_SendByte(RegAddress);myIIC_ReceACK();myIIC_SendByte(Data);myIIC_ReceACK();myIIC_Stop();}

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• 当前地址读
• 对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）
  

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• 指定地址读
• 对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，读取从机数据（Data）
  

uint8_t Specify_Address_Read(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress)
{uint8_t temp;myIIC_Start();myIIC_SendByte(Slave);myIIC_ReceACK();myIIC_SendByte(RegAddress);myIIC_ReceACK();
//上面为指定地址myIIC_Start();//重复起始myIIC_SendByte(Slave | 0x01);//低位1表示读操作myIIC_ReceACK();temp = myIIC_ReceByte();myIIC_SendACK(1);//不应答myIIC_Stop();return temp;

MPU6050简介

• MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景
• 3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度
• 3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度
  
  MPU6050参数
• 16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767
• 加速度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）
• 陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec）
• 可配置的数字低通滤波器
• 可配置的时钟源
• 可配置的采样分频
• I2C从机地址：1101000（AD0=0） 1101001（AD0=1）

硬件电路

MPU6050框图

案例：获取xyz加速度值和陀螺仪值

#include "MPU6050.h"void MPU6050_Init(void)
{myIIC_Init();Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_CONFIG,0x06);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);}uint8_t MCU6050_GetID(void)
{return Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_WHO_AM_I);}void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{uint8_t data_H;uint8_t data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_L);*AccX = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_L);*AccY = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);*AccZ = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_L);*GyroX = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_L);*GyroY = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_L);*GyroZ = (data_H<<8) | data_L;}

#ifndef _MPU6050_H
#define _MPU6050_H
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "myIIC.h"
#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75
#define	MPU6050_Address		0xD0void MPU6050_Init(void);
uint8_t MCU6050_GetID(void);
void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ);#endif

硬件I2C通信

• STM32内部集成了硬件I2C收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、数据收发等功能，减轻CPU的负担
• 支持多主机模型
• 支持7位/10位地址模式
• 支持不同的通讯速度，标准速度(高达100 kHz)，快速(高达400 kHz)
• 支持DMA
• 兼容SMBus协议
• STM32F103C8T6 硬件I2C资源：I2C1、I2C2

I2C框图

I2C基本结构

主机发送

//超时退出机制uint8_t Check_Timeout(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{uint32_t time = 5000;while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT) != SUCCESS){time -- ;if(time == 0){return Timeout;}}return SUCCESS;
}void Specify_Address_Write(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);I2C_SendData(I2C2,RegAddress);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);I2C_SendData(I2C2,Data);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);}

主机接收

uint8_t Specify_Address_Read(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress)
{uint8_t ReceData;I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);I2C_SendData(I2C2,RegAddress);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Receiver);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);ReceData = I2C_ReceiveData(I2C2);I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);return ReceData;
}

软件/硬件波形对比

硬件I2C相关寄存器

硬件I2C读取MPU6050数据

#include "I2C.h"void I2C_init(void)
{//开启时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//GPIO初始化GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;//复用开漏模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed  =  GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11);I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;//指定I2C模式。I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 200000;//指定时钟频率I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//作为从机地址为7位I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;//作为从机自身地址I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;//指定I2C快速模式占空比I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;I2C_Init(I2C2,&I2C_InitStructure);I2C_Cmd(I2C2,ENABLE);}//超时退出机制uint8_t Check_Timeout(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{uint32_t time = 5000;while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT) != SUCCESS){time -- ;if(time == 0){return Timeout;}}return SUCCESS;
}void Specify_Address_Write(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);I2C_SendData(I2C2,RegAddress);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);I2C_SendData(I2C2,Data);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);}uint8_t Specify_Address_Read(uint8_t Slave,uint8_t RegAddress)
{uint8_t ReceData;I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Transmitter);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);I2C_SendData(I2C2,RegAddress);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);I2C_Send7bitAddress(I2C2,Slave,I2C_Direction_Receiver);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);//接收的最后一个字节之前就要不应答和发送终止信号I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);Check_Timeout(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);//接收到事件后一个字节就传到DR寄存器了ReceData = I2C_ReceiveData(I2C2);I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);return ReceData;
}void MPU6050_Init(void)
{I2C_init();Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_CONFIG,0x06);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);Specify_Address_Write(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);}
uint8_t MCU6050_GetID(void)
{return Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_WHO_AM_I);}void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t *AccZ, int16_t *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ)
{uint8_t data_H;uint8_t data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_XOUT_L);*AccX = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_YOUT_L);*AccY = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);*AccZ = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_XOUT_L);*GyroX = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_YOUT_L);*GyroY = (data_H<<8) | data_L;data_H = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_H);data_L = Specify_Address_Read(MPU6050_Address,MPU6050_GYRO_ZOUT_L);*GyroZ = (data_H<<8) | data_L;}