物联网19：I2C一：程序模仿I2C通讯时序

用多少眼泪才能让你相信 发表于 9 小时前

19：I2C一：程序模仿I2C通讯时序

1、什么是I2C

I2C通讯协议和串口通讯USART不同，USART是异步，全双工的通讯协议。而I2C通讯协议是一种同步，半双工，带数据应答，支持总线挂载多装备的通讯协议。USART传输数据的时间是先传输数据帧的低位，在传高位。而I2C传输数据的时间是高位先行。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/a2c07e4466f644e59b31bb285027b049.png
由上图所示：有2条总线，数据总线SDA和时钟总线SCL。其中时钟线SCL只能由主机控制，而SDA主机和从机都可以控制。
当主机向从机发送一个字节数据时：①主机先发送一个起始信号，②然后在发送一个字节的数据（从机地址（7位）+W），然后接收从机的应答信号，③然后在发送一个字节的数据（从机寄存器的地址），然后接收一个应答信号，④然后开始发送需要发送给从机的数据，然后接收应答信号，⑤发送一个停止信号。如下图所示：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e99690b4c5944d97a8cfd4b270fd2d0a.png
当主机读取从机一个字节的数据时：①主机先发送一个起始信号，②然后在发送一个字节的数据（从机地址（7位）+W），然后接收从机的应答信号，③然后在发送一个字节的数据（从机寄存器的地址）④然后主机在发送一个起始信号，⑤然后在发送一个字节的数据（从机地址（7位）+R），然后接收从机的应答信号，⑥然后开始读取SDA上面的数据，读取到一个字节后，给从机发送一个应答信号，如下图所示：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4da88347289e43c0a4c56aeff4eb864f.png
2、I2C的通讯时序

2.1：起始信号

起始信号和停止信号都是由主机举行发送，主机需要发送起始信号时：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4297e1badaca466fbf2aa3e768fa3347.png
使用程序模仿此时序代码如下：
void I2C_W_SCL(uint8_t BitValue)//拉低SCL或者释放SCL(拉高)
{
GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);
Delay_us(10);
}

void I2C_W_SDA(uint8_t BitValue)//给SDA写数据（拉低SDA/释放SDA(拉高)）
{
GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue);
Delay_us(10);
}

void MyI2C_Start(void)//起始信号
{
// SCL(1);//释放SCL
I2C_W_SDA(1);//释放SDA
I2C_W_SCL(1);//释放SCL
I2C_W_SDA(0);//拉低SDA
I2C_W_SCL(0);//拉低SCL
}
2.2：停止信号

主机需要发送停止信号时：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/12ceba782cb745188d0ae56e8155f1de.png
使用程序模仿此时序代码如下：
void MyI2C_Stop(void)
{
I2C_W_SCL(0);
I2C_W_SDA(0);
I2C_W_SCL(1);
I2C_W_SDA(1);
}
2.3：主机向从机发送一个字节数据

SCL低电平期间，主机将数据位依次给SDA写入数据（高位先行），然后开释SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，以是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，从机读取到一个字节，会有一个应答信号。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/602bcb05e1244f90b9e83ab99fc929d3.png
使用程序模仿此时序代码如下：
/*
发送数据前，主机会发送一个起始信号，由上面的程序可知：起始信号发送完后SCL和SDA都被拉低。
所以函数里面不用在拉低，直接向SDA写入数据即可。
*/
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)//主机向从机发送一个字节，高位先行
{
I2C_W_SDA(Byte & 0x80);//给SDA写入数据,只要Byte不是0，那么写入的就是1。因为BitAction
I2C_W_SCL(1);//释放SCL，从机读取数据
I2C_W_SCL(0);//拉低SCL，主机准备给SDA写入字节的次高位数据

I2C_W_SDA(Byte & 0x40);//给SDA写入数据,
I2C_W_SCL(1);//释放SCL，从机读取数据
I2C_W_SCL(0);//拉低SCL，主机准备给SDA写入字节的次次高位数据
.
.
.
}
代码优化如下：
/*
发送数据前，主机会发送一个起始信号，由上面的程序可知：起始信号发送完后SCL和SDA都被拉低。
所以函数里面不用在拉低，直接向SDA写入数据即可。
*/
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)//主机向从机发送一个字节，高位先行
{
for(uint8_t i = 0;i<8;i++)
{
I2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));//给SDA写入数据,只要Byte不是0，那么写入的就是1。因为BitAction
I2C_W_SCL(1);//释放SCL，从机读取数据
I2C_W_SCL(0);//拉低SCL，主机准备给SDA写入字节的次高位数据
}
}
2.4：主机向从机读取一个字节数据

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），然后开释SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，以是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，需要开释SDA，即SDA拉高）
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4ce5f699287c40d896846b6449c4864b.png
使用程序模仿此时序代码如下：
uint8_t I2C_R_SDA(void)//主机读SDA数据，即判断引脚的电平
{
uint8_t BitValue;
BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11);
Delay_us(10);
return BitValue;
}

/*
主机接收数据之前，主机会给从机发送一个字节，由上面的代码得发送完数据后此时SCL为低电平。之后释放SDA总线让从机拥有SDA总线的控制权。
*/
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
uint8_t Byte = 0x00;//接收数据的变量
I2C_W_SDA(1);//主机释放SDA，让控制权给从机，而SCL也是低电平，释放的一瞬间，从机就给SDA写入了数据

I2C_W_SCL(1);
if(I2C_R_SDA() == 1)//读取第一位数据
{
Byte |= 0x80;
}
I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，让从机给SDA写入数据

I2C_W_SCL(1);//主机拉高SCL，准备开始读取SDA上面的数据
if(I2C_R_SDA() == 1)
{
Byte |= 0x40;
}
I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，让从机给SDA写入数据
.
.
.
return Byte;
}
代码优化如下：
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
uint8_t Byte = 0x00;//接收数据的变量
I2C_W_SDA(1);//主机释放SDA，让控制权给从机

for(uint8_t i =0; i<8;i++)
{
I2C_W_SCL(1);//主机拉高SCL，准备开始读取SDA上面的数据
if(I2C_R_SDA() == 1)
{
Byte |= (0x80 >> i);
}
I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，准备让从机给SDA写入数据
}
return Byte;
}
2.5：主机接收应答

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（SDA被从机拉低）表示应答，数据1（SDA没有被从机拉低）表示非应答（主机在接收之前，需要开释SDA，即SDA拉高）
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d357d9928872424991c89674100692e1.png
使用程序模仿此时序代码如下：
uint8_t I2C_R_SDA(void)//主机读SDA数据，即判断引脚的电平
{
uint8_t BitValue;
BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11);
Delay_us(10);
return BitValue;
}

uint8_t MyI2C_ReceiveACK(void)//主机接收应答
{
/*
主机发送完一个字节后，SCL为低电平，
等待从机给SDA上面写入数据，如果拉低则代表接收成功
*/
uint8_t ACKBit;
I2C_W_SDA(1);//主机释放SDA，让控制权给从机
I2C_W_SCL(1);//主机释放SCL，准备开始读取SDA上面的数据
ACKBit = I2C_R_SDA();
I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，进入下一个时序单元，主机准备给SDA写入字节的数据
return ACKBit;
}
2.6：主机发送应答

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。
void MyI2C_SendACK(uint8_t ACKBit)//主机发送应答
{
/*
从机发送完一个字节后，SCL为低电平，
等待主机给SDA上面写数据，如果拉低代表接收成功。
*/

I2C_W_SDA(ACKBit);//主机给SDA写入应答信号，0为应答，1为非应答
I2C_W_SCL(1);//主机拉高SCL，让从机读取应答信号
I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，准备写入数据
}
3、程序模仿I2C的通讯时序

3.1：指定地址写一个字节的数据

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/a7372e157b6f49d492c4c05c604aafbc.png
用程序模仿I2C时序实现如上图的波形：
①I2C.c文件使用程序模仿I2C时序程序如下：
#include "stm32f10x.h" #include "Delay.h" //#define SCL(x) GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)(x))//#define SDA(x) GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)(x))void I2C_W_SCL(uint8_t BitValue)//拉低SCL/开释SCL(拉高){ GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue); Delay_us(10);}void I2C_W_SDA(uint8_t BitValue)//给SDA写数据（拉低SDA/开释SDA(拉高)）{ GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue); Delay_us(10);}uint8_t I2C_R_SDA(void)//主机读SDA数据，即判断引脚的电平{ uint8_t BitValue; BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11); Delay_us(10); return BitValue;}void MyI2C_Init(void){ //1. 使能挂载在APB2总线上面的片上外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); //2. 对GPIO_PA10/PA11举行配置 GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct; GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11; GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;//输出开漏模式，0才有驱动能力，开漏模式没有输出低电平时，也可以作为输入 GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//最大输出速度 GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);//先给输出高电平，开释总线 //PB10连接SCL。PB11连接SDA}void MyI2C_Start(void)//起始信号{ I2C_W_SDA(1);//开释SDA I2C_W_SCL(1);//开释SCL I2C_W_SDA(0);//拉低SDA I2C_W_SCL(0);//拉低SDA}void MyI2C_Stop(void)
{
I2C_W_SCL(0);
I2C_W_SDA(0);
I2C_W_SCL(1);
I2C_W_SDA(1);
}
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)//主机向从机发送一个字节，高位先行{ for(uint8_t i = 0;i<8;i++) { I2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));//给SDA写入数据,只要Byte不是0，那么写入的就是1。因为BitAction I2C_W_SCL(1);//开释SCL，从机读取数据 I2C_W_SCL(0);//拉低SCL，主机预备给SDA写入字节的次高位数据 }}uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void){ uint8_t Byte = 0x00;//接收数据的变量 I2C_W_SDA(1);//主机开释SDA，让控制权给从机 for(uint8_t i =0; i<8;i++) { I2C_W_SCL(1);//主机开释SCL，预备开始读取SDA上面的数据 if(I2C_R_SDA() == 1) { Byte |= (0x80 >> i); } I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，让从机给SDA写入数据 } return Byte;}void MyI2C_SendACK(uint8_t ACKBit)//主机发送应答{/* 从机发送完一个字节后，SCL为低电平，等待主机给SDA上面写数据，如果拉低代表接收获功。*/ I2C_W_SDA(ACKBit); I2C_W_SCL(1); I2C_W_SCL(0);}uint8_t MyI2C_ReceiveACK(void)//主机接收应答{/* 主机发送完一个字节后，SCL为低电平，等待从机给SDA上面写入数据，如果拉低则代表接收获功*/ uint8_t ACKBit; I2C_W_SDA(1);//主机开释SDA，让控制权给从机 I2C_W_SCL(1);//主机开释SCL，预备开始读取SDA上面的数据 ACKBit = I2C_R_SDA(); I2C_W_SCL(0);//主机拉低SCL，进入下一个时序单元，主机预备给SDA写入字节的数据 return ACKBit;} ②主函数文件模仿波形的程序如下：
#include "stm32f10x.h"
#include "MyI2C.h"
int main(void)
{
MyI2C_Init();
MyI2C_Start();//发送一个起始信号

MyI2C_SendByte(0xD0);//发送一个字节的数据（从机地址7位+W）,0表示写，1表示读
MyI2C_ReceiveACK();//接收从机应答信号

MyI2C_SendByte(0x19);//发送一个字节的数据（从机中的寄存器地址）
MyI2C_ReceiveACK();//接收从机应答信号

MyI2C_SendByte(0xAA);//发送一个字节的数据（需要发送给从机的数据）
MyI2C_ReceiveACK();//接收从机应答信号

MyI2C_Stop();//发送一个停止信号
}
3.2：指定地址读一个字节的数据

https://i-blog.csdnimg.cn/direct/bceb7ab9c1b44d7181017f730a04ccc4.png
#include "stm32f10x.h"
#include "MyI2C.h"
int main(void)
{
uint8_t Data;

MyI2C_Init();
MyI2C_Start();//发送一个起始信号

MyI2C_SendByte(0xD0);//发送一个字节的数据（从机地址7位+W）,0表示写，1表示读
MyI2C_ReceiveACK();//接收从机应答信号

MyI2C_SendByte(0x19);//发送一个字节的数据（从机中的寄存器地址）
MyI2C_ReceiveACK();//接收从机应答信号

MyI2C_Start();//发送一个起始信号

MyI2C_SendByte(0xD1);//发送一个字节的数据（从机地址7位+R）,0表示写，1表示读
MyI2C_ReceiveACK();//接收从机应答信号

Data = MyI2C_ReceiveByte();//主机接收一个字节的数据
MyI2C_SendACK(1);//主机发送非应答信号

MyI2C_Stop();//发送一个停止信号
}

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