【正点原子探索者STM32F407开发板例程连载+教学】第29章 IIC实验I2C

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第二十九章 IIC实验

[mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板 2.软件平台：MDK5.1 3.固件库版本：V1.4.0 [/mw_shl_code]

 

本章我们将向大家介绍如何使用STM32F4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STM32F4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：

29.1 IIC简介

29.2 硬件设计

29.3 软件设计

29.4 下载验证

 

29.1 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29.1..1所示：

图29.1.1 IIC总线时序图

ALIENTEK探索者STM32F4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STM32F4来实现24C02的读写。

目前大部分MCU都带有IIC总线接口，STM32F4也不例外。但是这里我们不使用STM32F4的硬件IIC来读写24C02，而是通过软件模拟。ST为了规避飞利浦IIC专利问题，将STM32的硬件IIC设计的比较复杂，而且稳定性不怎么好，所以这里我们不推荐使用。有兴趣的读者可以研究一下STM32F4的硬件IIC。

用软件模拟IIC，最大的好处就是方便移植，同一个代码兼容所有MCU，任何一个单片机只要有IO口，就可以很快的移植过去，而且不需要特定的IO口。而硬件IIC，则换一款MCU，基本上就得重新搞一次，移植是比较麻烦的。

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（KEY1）用来执行写入24C02的操作，另外一个按键（KEY0）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。

29.2 硬件设计

本章需要用到的硬件资源有：

1）  指示灯DS0

2）  KEY_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STM32F4的连接，24C02的SCL和SDA分别连在STM32F4的PB8和PB9上的，连接关系如图29.2.1所示：

图29.2.1 STM32F4与24C02连接图

29.3 软件设计

打开本章的实验工程可以看到，我们并没有在FWLIB分组之下添加新的固件库文件支持，因为我们是通过GPIO来模拟IIC。我们新增了myiic.c文件用来存放iic底层驱动。新增了24cxx.c文件用来存放24C02的底层驱动。

打开myiic.c文件，代码如下：

//初始化IIC

void IIC_Init(void)

{                  

  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟

 

  //GPIOB8,B9初始化设置

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式

  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz

  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=1;

}

//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。

打开myiic.h头文件可以看到，我们除了函数申明之外，还定义了几个宏定义标识符：

//IO方向设置

#define SDA_IN()  {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;}

//PB9输入模式

#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;}

//PB9输出模式

//IO操作函数

#define IIC_SCL    PBout(8) //SCL

#define IIC_SDA    PBout(9) //SDA

#define READ_SDA   PBin(9)  //输入SDA

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。其他几个宏定义就是我们通过位带实现IO口操作。

接下来我们看看24cxx.c源文件代码代码：

//初始化IIC接口

void AT24CXX_Init(void)

{

       IIC_Init();//IIC初始化

}

//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); //EEPROM写入过程比较慢，需等待一点时间，再写下一次

}

//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。

最后，我们看看主函数代码：

//要写入到24c02的字符串数组

const u8 TEXT_Buffer[]={"Explorer STM32F4 IIC TEST"};

#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)     

int main(void)

{

       u8 key;

       u16 i=0;

       u8 datatemp[SIZE];      

       NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2

       delay_init(168);  //初始化延时函数

       uart_init(115200);         //初始化串口波特率为115200

       LED_Init();                                //初始化LED

      LCD_Init();                                //LCD初始化

       KEY_Init();                        //按键初始化 

       AT24CXX_Init();                        //IIC初始化

      POINT_COLOR=RED;

       LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");      

       LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"IIC TEST");      

       LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

       LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/6");      

       LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY1:Write  KEY0:Read");  //显示提示信息           

      while(AT24CXX_Check())//检测不到24c02

       {

              LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C02 Check Failed!");

              delay_ms(500);

              LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check!      ");

              delay_ms(500);

              LED0=!LED0;//DS0闪烁

       }

       LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C02 Ready!");   

      POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色  

       while(1)

       {

              key=KEY_Scan(0);

              if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入24C02

              {

                     LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏   

                    LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write 24C02....");

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

                     LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"24C02 Write Finished!");//提示传送完成

              }

              if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示

              {

                    LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read 24C02.... ");

                     AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);

                     LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is:  ");//提示传送完成

                     LCD_ShowString(30,190,200,16,16,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KEY1按键来控制24C02的写入，通过另外一个按键KEY0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。

29.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK探索者STM32F4开发板上，通过先按KEY1按键写入数据，然后按KEY0读取数据，得到如图29.4.1所示：

图29.4.1 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PB8和PB9短接就可以看到报错了。

 实验详细手册和源码下载地址：http://www.openedv.com/posts/list/41586.htm 

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