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  • 基于STM8的IIC协议--协议篇

    1. 综述

      I2C(IIC,Inter-Integrated Circuit),两线式串行总线,由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备。

      它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。在CPU和被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,高速IIC总线一般可达400kbps以上。但在STM8中,400kHZ已经是最快速度了。

     

    2.关于STM8S103手册的I2C简介

    芯片手册中只对I2C的特点进行了简单的讲解,但并未深入解析其中的过程。

     

    3. I2C详细解析

      I2C总共由五个核心函数,分别为:①起始信号②停止信号③应答信号④发送数据⑤接收数据,通过这五个核心基本函数就能于大多数的传感进行通信了。

    3.1 起始信号

      当SCL为高电平期间,SDA由高电平到低电平的跳变过程;起始信号是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号,如图虚线框所示。

     

    3.2 停止信号

      当SCL为高电平期间,SDA由低电平到高电平的跳变过程;停止信号也是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号,如图虚线框所示。

     

     3.3 应答信号

      I2C的数据字节定义为8位长,对于发送端每发送1个字节后,需要将数据线(SDA)释放,由接收端反馈一个应答信号(ACK)。应答信号为低电平时,则将其规定为有效信号(ACK简称应答位),表示接收端已经成功接收了该字节;应答位为高电平时,规定为非应答位(NACK),一般表示接收端没有成功接收该字节。

      对于反馈有效应答位ACK的要求是,接收端在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低,并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。如果接收端是主机,则在它接收到最后一个字节后,发送一个NACK信号,以通知发送端结束数据发送,并释放SDA线,以便主机接收端发送一个停止信号。

     

    3.4 发送数据

      在发送起始信号后开始通信,主机发送一个8位数据。然后,主机释放SDA线并等待从从机发出得确认信号(ACK)。详细过程请看4.3.7代码示例。

     

    3.5 接收数据

      在发送起始信号后开始通信,主机发送一个8位数据。然后,从机收到数据返回一个确认信号(ACK)给主机,这时候主机才开始接收数据,待主机接收数据完成后,发送一个NACK信号给从机,以通知接收端结束数据接收。详细过程请看4.3.8代码示例。

     

    3.6 数据有效性

      I2C总线进行数据传送时,时钟信号为高电平期间,数据线上的数据必须保持稳定,只有在时钟线上的信号为低电平期间,数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

     

    3.7 I2C通信总过程 

     

     

    4. 例程

     

    4.1 编译环境:

      我的编译环境是IAR,这款软件是现在STM8的主流平台,比较推荐。不过我打算等到STCubeMX更新出比较方便的版本后再去使用Keil5,因为我在用STM32的时候就是利用Keil5,的确很方便,你们也可以学着用一下。

     

    4.2 主芯片:

      我的主芯片是STM8S系列中的103,其中STM8S的003、005、和103、105,配置一样(外设和CPU频率,FLASH),在代码相同的情况下均可进行烧写。

     

    4.3 代码&解析

      I2C的基本函数代码我已经和传感的代码区隔开来,可以移植,几乎适用于市面上使用I2C驱动的传感器。

    4.3.1 SDA、SCL引角初始化

    1   //IIC引脚 
    2   GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_Port, IIC_SCL_Pin, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST);
    3   GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_Port, IIC_SDA_Pin, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST);

      在引角的控制上面,我选择了直接操作GPIO的寄存器,这样操作比较快,虽然我们感觉不出来,但是省出来的时间越来越多了,也就能够体现出这样写的好处了,不过不理解怎么用的话,也可以使用库函数进行写高、低电平。

      我在SDA引角初始化的时候,选择了推挽输出_高电平_高速,这里就有人会有疑问了,SDA是会进行接收ACK信号的,需要接收即为输入模式,怎么这里改成输出模式,看过我STM8_GPIO介绍的博客的小伙伴应该会想到,怎么不使用开漏输出,这个模式既能接收也能发送。没错,开漏输出模式的确可以,但我在那篇博客中也有说到,开漏输出模式不稳定,通过示波器观察到是斜三角的,而推挽输出是完整的矩形。图我就懒得去弄了 -。-  ,而如何解决推挽输出能够接收ACK的操作看我下一小节。

    4.3.1 I2C结构体和引角配置

      这里的结构体是方便I2C多线程,以后需要用到多个I2C接口时候,只需要再定义多一个该结构变量,赋予其他引角便可,省去了再次编写代码的时间和空间。

      我在26和26行编写了两行代码,分别是将SDA模式改成输出和输入模式,直接更改寄存器里的值就能完成实现模式的更换,想知道为什么这样写可以改变模式的话,可以自行百度,也可以察看相对应芯片的寄存器手册。STM8S103中的则在6.2小节中就有介绍。因为讲解起来比较麻烦,这里就不进行更深入的说明了。

     1 /* Struct --------------------------------------------------------------------*/
     2 
     3 typedef struct iic
     4 {
     5   //具体信息:引脚 读写判定
     6   GPIO_TypeDef * pSCL_Port;       //SCL Gpio
     7   uint8_t        uSCL_Pin;        //SCL Pin
     8   GPIO_TypeDef * pSDA_Port;       //SDA Gpio
     9   uint8_t        uSDA_Pin;        //SDA Pin
    10   
    11   uint8_t        uSDA_Mode_Pin_Position;//SDA Mode
    12 
    13 }IIC_HandleTypedef;
    14 
    15 
    16 
    17 /* Define --------------------------------------------------------------------*/
    18 
    19 #define IIC_SCL_1(_HANDLE_)  ( (_HANDLE_)->pSCL_Port->ODR |= ( (uint8_t)(_HANDLE_)->uSCL_Pin))
    20 #define IIC_SCL_0(_HANDLE_)  ( (_HANDLE_)->pSCL_Port->ODR &= (~(uint8_t)(_HANDLE_)->uSCL_Pin))
    21                                   
    22 #define IIC_SDA_1(_HANDLE_)  ( (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR |= ( (uint8_t)(_HANDLE_)->uSDA_Pin))
    23 #define IIC_SDA_0(_HANDLE_)  ( (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR &= (~(uint8_t)(_HANDLE_)->uSDA_Pin))
    24 #define IIC_SDA_R(_HANDLE_)  ( (BitStatus)(_HANDLE_)->pSDA_Port->IDR & (_HANDLE_)->uSDA_Pin)
    25 
    26 #define IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(_HANDLE_)  (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR |=    (uint8_t)1<<(_HANDLE_)->uSDA_Mode_Pin_Position
    27 #define IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt(_HANDLE_)  (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR &=  ~((uint8_t)1<<(_HANDLE_)->uSDA_Mode_Pin_Position)

     4.3.2 延时函数

      延时函数顾名思义,就单纯的延时,延时时间可以根据芯片的速率调整,具体时间通过示波器或者可以观察到脉冲的仪器进行测量即可。

      这里定义了两个延时函数目的是在SCL低电平期间先提前改变SDA的电平,待到SDA电平稳定时,再将SCL电平改变进行读取。

     1 void vIIC_Delay_4us(void)    
     2 {
     3   uint8_t i=3;
     4   while(i--)
     5   {
     6     asm(" NOP");asm(" NOP");asm(" NOP");asm(" NOP");
     7   }
     8     
     9 }
    10 
    11 void vIIC_Delay_2us(void)    
    12 {
    13   asm(" NOP");asm(" NOP");asm(" NOP");
    14 }

    4.3.3 IIC引角赋值&结构体参数初始化

      每次调用I2C接口时都需要对IIC的句柄进行初始化。

     1 void vIIC_Handle_Init(IIC_HandleTypedef * hIICx, GPIO_TypeDef * pSCL_Port, uint8_t uSCL_Pin, GPIO_TypeDef * pSDA_Port, uint8_t uSDA_Pin)
     2 {
     3   //GPIO 
     4   hIICx->pSCL_Port = pSCL_Port;
     5   hIICx->uSCL_Pin  = uSCL_Pin ;
     6   hIICx->pSDA_Port = pSDA_Port;
     7   hIICx->uSDA_Pin  = uSDA_Pin ;
     8     
     9     
    10   switch(uSDA_Pin)
    11   {
    12     case GPIO_PIN_0 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 0 ;break;
    13     case GPIO_PIN_1 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 2 ;break;
    14     case GPIO_PIN_2 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 4 ;break;
    15     case GPIO_PIN_3 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 6 ;break;
    16     case GPIO_PIN_4 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 8 ;break;
    17     case GPIO_PIN_5 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 10;break;
    18     case GPIO_PIN_6 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 12;break;
    19     case GPIO_PIN_7 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 14;break;
    20         
    21   }
    22 }

    4.3.4 起始信号

      这里与3.1讲解的操作有点不同,就是3.1中最后没有将SCL拉低包括在内,而为了发送数据的方便,我也将SCL在此函数中拉低了。

     1 void vIIC_Start_Signal(IIC_HandleTypedef * hIICx)
     2 {
     3     
     4   IIC_SDA_1        (hIICx);                        //拉高数据线    
     5   IIC_SCL_1        (hIICx);                        //拉高时钟线
     6   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
     7   IIC_SDA_0        (hIICx);                        //拉低数据线
     8   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
     9   IIC_SCL_0        (hIICx);                        //拉低时钟线
    10   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
    11     
    12 }

    4.3.5 结束信号

      这里与3.2讲解的操作也有所不同,因为在数据接收完或者是发送完成后,SDA的电平不能确定,有可能是高也有可能是低电平,但在结束信号的时候,SDA需要是低电平时候拉低SCL才能作为结束信号的开始。

     1 void vIIC_Stop_Signal(IIC_HandleTypedef * hIICx)
     2 {
     3 
     4   IIC_SDA_0        (hIICx);                        //拉低数据线
     5   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
     6   IIC_SCL_1        (hIICx);                        //拉高时钟线
     7   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
     8   IIC_SDA_1        (hIICx);                        //拉高数据线
     9   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
    10     
    11 }

    4.3.6 应答信号(ACK)

      由于因为发送端和操作的不同,这里需要将ACK分成三种,①Ack(主动拉低SDA形成应答信号)  ②NAck(主动不拉低SDA不形成应答信号)  ③ReadAck(等待应答信号)。

      ①Ack(主动拉低SDA形成应答信号)

      该信号在你没有读取到最后一个数据时由主机发送,使从机继续发送数据。

     1 void vIIC_Ack(IIC_HandleTypedef * hIICx)
     2 {
     3 
     4   IIC_SDA_0        (hIICx);                        //拉低数据位
     5   vIIC_Delay_2us   (     );                        //延时    
     6   IIC_SCL_1        (hIICx);                        //拉高时钟位
     7   vIIC_Delay_4us   (     );                        //延时
     8   IIC_SCL_0        (hIICx);                        //拉低时钟位
     9   vIIC_Delay_2us   (     );                        //延时
    10     
    11 }

    ②NAck(主动不拉低SDA不形成应答信号) 

      该信号在你读取完最后一个数据时由主机发送,使从机停止发送数据。

     1 void vIIC_NAck(IIC_HandleTypedef * hIICx)
     2 {    
     3     
     4   IIC_SDA_1        (hIICx);                        //SDA拉高 不应答对方
     5   vIIC_Delay_2us        (     );
     6   IIC_SCL_1        (hIICx);
     7   vIIC_Delay_4us        (     );
     8   IIC_SCL_0        (hIICx);
     9   vIIC_Delay_2us        (     );
    10     
    11 }

    ③ReadAck(等待应答信号)

      该信号在主机发送完数据后等待从机应答时候使用。

     1 bool bIIC_ReadACK(IIC_HandleTypedef * hIICx) //返回为:=1有ACK,=0无ACK
     2 {                
     3   IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt (hIICx);                                                //将SDA的模式改成输入模式
     4   IIC_SDA_1        (hIICx);                                          //拉高数据线
     5   vIIC_Delay_2us   (     );                                           //延时
     6   IIC_SCL_1        (hIICx);                                          //拉高时钟线
     7   vIIC_Delay_2us   (     );                                             //延时
     8   
     9   if(IIC_SDA_R(hIICx))                                                          //判断是否成功接收应答,如‘有’返回0,‘没有’则返回1
    10   {
    11     IIC_SCL_0           (hIICx);                                                //拉低时钟线
    12     vIIC_Delay_2us      (     );                                                //延时
    13     IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx);                                               //接收完应答后,将SDA的模式改回输出模式
    14     return FALSE;                                                               //没有应答
    15   }
    16   else
    17   {
    18     IIC_SCL_0           (hIICx);                                                //拉低时钟线
    19     vIIC_Delay_2us      (     );                                                //延时
    20     IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx);                                               //接收完应答后,将SDA的模式改回输出模式
    21     return TRUE;                                                                //产生应答
    22   }    
    23                   
    24 }

    4.3.7 发送数据

      所要发送的数据为8位,学过串口协议的应该知道按位发送,我们这里将要发送的数据进行由高到低位的一个顺序发送,具体操作如下,不懂的朋友可以将以下代码通过画图画出来,以方便理解。

     1 void vIIC_SendByte(IIC_HandleTypedef * hIICx, uint8_t uSendByte)
     2 {    
     3     
     4   uint8_t i;
     5     
     6   for (i=0; i<8; i++)                                                           //循环8次
     7   {
     8     if(uSendByte & 0X80)                                                        //将发送的数据最高位与1相与,若发送的数据最高位为1,则将SDA拉高,否则拉低
     9        IIC_SDA_1    (hIICx);
    10     else
    11        IIC_SDA_0    (hIICx);
    12     uSendByte <<= 1;                                                            //数据左移1位
    13     vIIC_Delay_2us    (     );                                             //延时
    14     IIC_SCL_1        (hIICx);                                                  //时钟线拉高
    15     vIIC_Delay_4us    (     );                                                  //延时
    16     IIC_SCL_0        (hIICx);                                                   //时钟线拉低
    17     vIIC_Delay_2us    (     );                                                  //延时
    18                 
    19     }
    20         
    21 }

    4.3.8 数据接收

      具体操作都写在注释部分,在SCL高电平时候去读取SDA的电平。

     1 uint8_t uIIC_RecvByte(IIC_HandleTypedef * hIICx)
     2 {
     3   uint8_t i,uReceiveByte = 0;                                   
     4     
     5   IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt(hIICx);                                                 //将SDA的模式设置为输入模式
     6   IIC_SDA_1        (hIICx);                                                   //拉高数据线
     7   for(i=0;i<8;i++)                                                              //进行8次的循环
     8   {   
     9     uReceiveByte <<= 1;                                                         //将接收到的数据左移
    10         
    11     vIIC_Delay_2us    (     );                                          //延时
    12     IIC_SCL_1         (hIICx);                                              //拉高时钟线
    13     vIIC_Delay_2us    (     );                                             //延时
    14         
    15     if(IIC_SDA_R    (hIICx))                                                 //读取SDA电平
    16     {
    17         uReceiveByte |=0x01;                                                  //若SDA电平为高则将数据的最低位或上1,即为加1;若SDA电平为低,不进行该操作,则数据最低位为0
    18     }
    19         
    20     vIIC_Delay_2us    (     );                                               //延时
    21     IIC_SCL_0         (hIICx);                                                //拉低时钟线
    22     vIIC_Delay_2us    (     );                                             //延时
    23   }
    24   IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx);                                               //将SDA的模式设置为输出模式
    25     
    26   return uReceiveByte;
    27     
    28 }

    5.结尾 

      I2C协议核心基本函数为以上,将所有的核心函数结合起来便可与传感器设备进行通信了,但本博客只是单纯讲解了I2C协议,并未与传感器进行通信,若理解完I2C协议后可前往下一章博客进行与传感器通信的实践。    

      对STM8的I2C协议讲解到这里结束,感谢各位看官的点击。

      如果觉得有所收获请点下推荐,若认为该博客中存在错误的说明或者对博客中某方面有疑问请留言。

    作 者:浩宇99✌
    出 处:https://www.cnblogs.com/zhenghaoyu/p/10719233.html
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