【ALIENTEK 战舰STM32开发板例程系列连载+教学】第二十七章 IIC实验

正点原子 · 发表于 2013-3-15 21:15:18

第二十七章 IIC实验

本章我们将向大家介绍如何使用STM32的普通IO口模拟IIC时序，并实现和24C02之间的双向通信。在本章中，我们将使用STM32的普通IO口模拟IIC时序，来实现24C02的读写，并将结果显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分：

27.1 IIC简介

27.2 硬件设计

27.3 软件设计

27.4 下载验证

27.1 IIC简介

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由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。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与被控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。

I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。IIC总线时序图如图27.1..1所示：

图27.1.1 IIC总线时序图

ALIENTEK战舰STM32开发板板载的EEPROM芯片型号为24C02。该芯片的总容量是256个字节，该芯片通过IIC总线与外部连接，我们本章就通过STM32来实现24C02的读写。

目前大部分MCU都带有IIC总线接口，STM32也不例外。但是这里我们不使用STM32的硬件IIC来读写24C02，而是通过软件模拟。STM32的硬件IIC非常复杂，更重要的是不稳定，故不推荐使用。所以我们这里就通过模拟来实现了。有兴趣的读者可以研究一下STM32的硬件IIC。

本章实验功能简介：开机的时候先检测24C02是否存在，然后在主循环里面检测两个按键，其中1个按键（WK_UP）用来执行写入24C02的操作，另外一个按键（KEY1）用来执行读出操作，在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。

27.2 硬件设计

本章需要用到的硬件资源有：

1）指示灯DS0

2） WK_UP和KEY1按键

3）串口（USMART使用）

4） TFTLCD模块

5） 24C02

前面4部分的资源，我们前面已经介绍了，请大家参考相关章节。这里只介绍24C02与STM32的连接，24C02的SCL和SDA分别连在STM32的PB10和PB11上的，连接关系如图27.2.1所示：

图27.2.1 STM32与24C02连接图

27.3 软件设计

打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个24CXX的文件夹。然后新建一个24cxx.c、myiic.c的文件和24cxx.h、myiic.h的头文件，保存在24CXX文件夹下，并将24CXX文件夹加入头文件包含路径。

打开myiic.c文件，输入如下代码：

#include "myiic.h"

#include "delay.h"

//初始化IIC

void IIC_Init(void)

{

RCC->APB2ENR|=1<<3; //先使能外设IO PORTB时钟

GPIOB->CRH&=0XFFFF00FF; //PB1/11 推挽输出

GPIOB->CRH|=0X00003300;

GPIOB->ODR|=3<<10; //PB10,11输出高

}

//产生IIC起始信号

void IIC_Start(void)

{

SDA_OUT();//sda线输出

IIC_SDA=1;

IIC_SCL=1;

delay_us(4);

IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low

delay_us(4);

IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据

}

//产生IIC停止信号

void IIC_Stop(void)

{

SDA_OUT();//sda线输出

IIC_SCL=0;

IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high

delay_us(4);

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号

delay_us(4);

}

//等待应答信号到来

//返回值：1，接收应答失败

// 0，接收应答成功

u8 IIC_Wait_Ack(void)

{

u8 ucErrTime=0;

SDA_IN(); //SDA设置为输入

IIC_SDA=1;delay_us(1);

IIC_SCL=1;delay_us(1);

while(READ_SDA)

{

ucErrTime++;

if(ucErrTime>250)

{

IIC_Stop();

return 1;

}

IIC_SCL=0;//时钟输出0

return 0;

}

//产生ACK应答

void IIC_Ack(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=0;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//不产生ACK应答

void IIC_NAck(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//IIC发送一个字节

//返回从机有无应答

//1，有应答

//0，无应答

void IIC_Send_Byte(u8 txd)

{

u8 t;

SDA_OUT();

IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输

for(t=0;t<8;t++)

{

IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;

txd<<=1;

delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

delay_us(2);

}

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

unsigned char i,receive=0;

SDA_IN();//SDA设置为输入

for(i=0;i<8;i++ )

{

IIC_SCL=0;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

receive<<=1;

if(READ_SDA)receive++;

delay_us(1);

}

if (!ack) IIC_NAck(); //发送nACK

else IIC_Ack(); //发送ACK

return receive;

}

该部分为IIC驱动代码，实现包括IIC的初始化（IO口）、IIC开始、IIC结束、ACK、IIC读写等功能，在其他函数里面，只需要调用相关的IIC函数就可以和外部IIC器件通信了，这里并不局限于24C02，该段代码可以用在任何IIC设备上。

保存该部分代码，把myiic.c加入到HARDWARE组下面，然后在myiic.h里面输入如下代码：

#ifndef __MYIIC_H

#define __MYIIC_H

#include "sys.h"

//IO方向设置

#define SDA_IN() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=8<<12;}

#define SDA_OUT() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=3<<12;}

//IO操作函数

#define IIC_SCL PBout(10) //SCL

#define IIC_SDA PBout(11) //SDA

#define READ_SDA PBin(11) //输入SDA

//IIC所有操作函数

void IIC_Init(void); //初始化IIC的IO口

void IIC_Start(void); //发送IIC开始信号

void IIC_Stop(void); //发送IIC停止信号

void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack); //IIC读取一个字节

u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号

void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号

void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);

u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);

#endif

该部分代码的SDA_IN()和SDA_OUT()分别用于设置IIC_SDA接口为输入和输出，如果这两句代码看不懂，请好好温习下IO口的使用。接下来我们在24cxx.c文件里面输入如下代码：

#include "24cxx.h"

#include "delay.h"

//初始化IIC接口

void AT24CXX_Init(void)

{

IIC_Init();

}

//在AT24CXX指定地址读出一个数据

//ReadAddr:开始读数的地址

//返回值 :读到的数据

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)

{

u8 temp=0;

IIC_Start();

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址

}else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(ReadAddr%256); //发送低地址

IIC_Wait_Ack();

IIC_Start();

IIC_Send_Byte(0XA1); //进入接收模式

IIC_Wait_Ack();

temp=IIC_Read_Byte(0);

IIC_Stop();//产生一个停止条件

return temp;

}

//在AT24CXX指定地址写入一个数据

//WriteAddr :写入数据的目的地址

//DataToWrite:要写入的数据

void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)

{

IIC_Start();

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址

}else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节

IIC_Wait_Ack();

IIC_Stop();//产生一个停止条件

delay_ms(10);

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据

//该函数用于写入16bit或者32bit的数据.

//WriteAddr :开始写入的地址

//DataToWrite:数据数组首地址

//Len :要写入数据的长度2,4

void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len)

{

u8 t;

for(t=0;t<Len;t++)

{

AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff);

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据

//该函数用于读出16bit或者32bit的数据.

//ReadAddr :开始读出的地址

//返回值 :数据

//Len :要读出数据的长度2,4

u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len)

{

u8 t;

u32 temp=0;

for(t=0;t<Len;t++)

{

temp<<=8;

temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1);

}

return temp;

}

//检查AT24CXX是否正常

//这里用了24XX的最后一个地址(255)来存储标志字.

//如果用其他24C系列,这个地址要修改

//返回1:检测失败

//返回0:检测成功

u8 AT24CXX_Check(void)

{

u8 temp;

temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX

if(temp==0X55)return 0;

else//排除第一次初始化的情况

{

AT24CXX_WriteOneByte(255,0X55);

temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);

if(temp==0X55)return 0;

}

return 1;

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据

//ReadAddr :开始读出的地址对24c02为0~255

//pBuffer :数据数组首地址

//NumToRead:要读出数据的个数

void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)

{

while(NumToRead)

{

*pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);

NumToRead--;

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据

//WriteAddr :开始写入的地址对24c02为0~255

//pBuffer :数据数组首地址

//NumToWrite:要写入数据的个数

void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)

{

while(NumToWrite--)

{

AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);

WriteAddr++;

pBuffer++;

}

这部分代码理论上是可以支持24Cxx所有系列的芯片的（地址引脚必须都设置为0），但是我们测试只测试了24C02，其他器件有待测试。大家也可以验证一下，24CXX的型号定义在24cxx.h文件里面，通过EE_TYPE设置。

保存该部分代码，把24cxx.c加入到HARDWARE组下面，然后在24cxx.h里面输入如下代码：

#ifndef __24CXX_H

#define __24CXX_H

#include "myiic.h"

#define AT24C01 127

#define AT24C02 255

#define AT24C04 511

#define AT24C08 1023

#define AT24C16 2047

#define AT24C32 4095

#define AT24C64 8191

#define AT24C128 16383

#define AT24C256 32767

//Mini STM32开发板使用的是24c02，所以定义EE_TYPE为AT24C02

#define EE_TYPE AT24C02

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr); //指定地址读取一个字节

void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite);//指定地址写入一个字节

void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len);

//指定地址开始写入指定长度的数据

u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len); //指定地址开始读取指定长度数据

void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite);

//从指定地址开始写入指定长度的数据

void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead);

//从指定地址开始读出指定长度的数据

u8 AT24CXX_Check(void); //检查器件

void AT24CXX_Init(void); //初始化IIC

#endif

最后，我们在main函数里面编写应用代码，在test.c里面，修改main函数如下：

//要写入到24c02的字符串数组

const u8 TEXT_Buffer[]={"WarShipSTM32 IIC TEST"};

#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)

int main(void)

{

u8 key;

u16 i=0;

u8 datatemp[SIZE];

Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置

uart_init(72,9600); //串口初始化为9600

delay_init(72); //延时初始化

LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口

LCD_Init(); //初始化LCD

usmart_dev.init(72); //初始化USMART

KEY_Init(); //按键初始化

AT24CXX_Init(); //IIC初始化

POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色

LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");

LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"IIC TEST");

LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/9");

LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WKUP:Write KEY1:Read"); //显示提示信息 while(AT24CXX_Check())//检测不到24c02

{

LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"24C02 Check Failed!");

delay_ms(500);

LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"Please Check! ");

delay_ms(500);

LED0=!LED0;//DS0闪烁

}

LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"24C02 Ready!");

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

while(1)

{

key=KEY_Scan(0);

if(key==KEY_UP)//KEY_UP按下,写入24C02

{

LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏

LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Write 24C02....");

AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);

LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"24C02 Write Finished!");//提示传送完成

}

if(key==KEY_DOWN)//KEY_DOWN按下,读取字符串并显示

{

LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Start Read 24C02.... ");

AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);

LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"The Data Readed Is: ");//提示传送完成

LCD_ShowString(60,190,200,16,16,datatemp);//显示读到的字符串

}

i++;

delay_ms(10);

if(i==20)

{

LED0=!LED0;//提示系统正在运行

i=0;

}

该段代码，我们通过KEY_UP（WK_UP）按键来控制24C02的写入，通过另外一个按键KEY1(KEY_DOWN)来控制24C02的读取。并在LCD模块上面显示相关信息。

至此，我们的软件设计部分就结束了。

27.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，通过先按WK_UP按键写入数据，然后按KEY1读取数据，得到如图27.4.1所示：

图27.4.1 IIC实验程序运行效果图

同时DS0会不停的闪烁，提示程序正在运行。程序在开机的时候会检测24C02是否存在，如果不存在则会在TFTLCD模块上显示错误信息，同时DS0慢闪。读者可以通过跳线帽把PB10和PB11短接就可以看到报错了。

我们通过在USMART里面加入AT24CXX_WriteOneByte和AT24CXX_ReadOneByte函数，就可以通过USMART读取和写入24C02的任何地址了。如图27.4.2所示：

图27.4.2 USMART控制24C02读写

看起来很黑 · 发表于 2013-9-23 15:04:05

*pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++); 是什么意思？

正点原子 · 发表于 2013-9-23 19:14:30

回复【2楼】看起来很黑:
---------------------------------
就是将读取的数据存放到pbuffer里面。

爱不孤单 · 发表于 2014-3-10 16:29:55

原子哥，那个I2C 总线 SDA、SCL我可以另选两个I/O口吗？

正点原子 · 发表于 2014-3-10 22:21:57

回复【4楼】爱不孤单:
---------------------------------
当然可以，修改代码即可。

精神不死6530 · 发表于 2014-4-13 12:11:07

为什么要左移12位啊？？

精神不死6530 · 发表于 2014-4-13 12:52:05

我好像是懂了，因为它是32位的寄存器，哎╮(╯▽╰)╭，惭愧！！！！

can123dao · 发表于 2015-7-29 22:11:33

写一个字节有些疑问
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{
IIC_Start();
    if(EE_TYPE>AT24C16)
    {
        IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令
        IIC_Wait_Ack();
        IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址
   }else
     {
        IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
    }
    IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();//产生一个停止条件
delay_ms(10);
}

红色部分为什么不是
   {
        IIC_Send_Byte(0XA0); //发送器件地址0XA0
    }
    IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr); //发送数据地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节

另外，如果挂了2片24C02，A0A1A2在硬件上分别弄成，000，100，那是不是写第一片就先 IIC_Send_Byte(0XA0)，然后写数据地址，写数据就行；写第二片先写 IIC_Send_Byte(0XA2)，后面就是一样的了