STM32 I2C 通信协议

1、原理

1、硬件电路

一主多从，单片机作为总线主机

SDA：数据线

SCL：时钟线

主机对SCL线完全控制，从机只能读取；在空闲状态下，主机可以主动发起对SDA的控制，只有在从机发送数据和从机应答的时候，主机才会暂时转交SDA的控制权给从机

I2C禁止所有设备输出强上拉的高电平，采用外置弱上拉加开漏输出的电路结构。高电平驱动能力弱，通信线由低电平变到高电平时，上升沿耗时较长，会限制I2C的最大通信速度。为了防止出现两个引脚同时处于输出状态，如一个高电平，一个低电平，会发生电源短路。

开漏输出，输出低电平，下管导通，强下拉；输出高电平，下管断开，引脚浮空。为了避免高电平造成的引脚浮空需要在总线外面给SCL和SDA各外置一个上拉电阻(弱上拉)。

从机地址设备：每个从机设备都有一个唯一确定的7位设备地址，一般器件地址的最后几位是可以在电路中改变的。

2、时序基本单元

1、起始、终止

2、发送字节

低电平主机放数据，高电平从机读数据

3、接收字节

低电平从机放数据，高电平主机读数据

主机在接收数据时，必须释放对SDA的控制权(让SDA恢复高电平)，让从机控制SDA，发送数据

4、应答

发送：主机释放SDA后，从机立刻将SDA拉低电平，应答位为0，说明从机已经收到(默认高电平，低电平说明从机进行了回应) ；应答位为1，说明从机没有进行回应，发送的字节可能没有收到。

接收：告诉从机是否要继续发送数据。得到主机应答，从机继续发送；没得到应答，从机会释放SDA

3、地址时序

1、指定地址写

发送7位从机地址+1位读写位，在之后的时序中，主机的操作，0写1读

2、当前地址读

调用当前地址读的时序时，主机没有指定读取哪个地址，从机会返回当前指针指向的寄存器的值。

指针上电默认指向地址0，每写入、读出一个字节，指针自动自增一次。

3、指定地址读

前半部分是指定地址写，只指定了地址，还没写入数据；后半部分是当前地址读，加在一起就是指定地址读。

第一个字节发送从机地址，第二个字节用来发送从机的寄存器地址，从机接收到之后，寄存器指针就指向这个地址。为了修改读写标志位，Sr重复起始条件，相当于另起一个时序，指针不会因为时序的消失而消失或改变。

2、软件模拟I2C代码

//使用宏定义配置SCL和SDA的GPIO口
#define MySCL_PORT GPIOB
#define MySCL_GPIOPIN GPIO_Pin_10
#define MySDA_PORT GPIOB
#define MySDA_GPIOPIN GPIO_Pin_11

将读写SCL、SDA数据封装成一个函数，方便添加延时函数 

void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(MySCL_PORT, MySCL_GPIOPIN,(BitAction)BitValue);
	Delay_ms(10); 
}
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(MySDA_PORT, MySDA_GPIOPIN,(BitAction)BitValue);
	Delay_ms(10);
}
//STM32库函数中读和写不是同一个寄存器
uint8_t MyI2C_R_SDA()
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue=GPIO_ReadInputDataBit(MySDA_PORT, MySDA_GPIOPIN);
	Delay_ms(10);
	

GPIO口初始化

void MyI2C_Init()
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	
	//初始SCL和SDA置高电平，释放总线
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11);
}

起始时序

void MyI2C_Start()
{
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}	
void MyI2C_End()
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);
}

收发字节

uint8_t MyI2C_ReceiveByte()
{
	uint8_t Byte=0x00;
	uint8_t i;
	//接收数据前主机先确保释放SDA，避免干扰从机发送
	MyI2C_W_SDA(1);	
	for(i=0;i>i);
		}
		
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
	return Byte;
}

收发应答

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
	MyI2C_W_SCL(0);
	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
}
uint8_t MyI2C_ReceiveAck()
{
	uint8_t AckBit;
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	AckBit=MyI2C_R_SDA();
	MyI2C_W_SCL(0);
	return AckBit;
}