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手把手之STM32I2C总线

简介: ●IIC总线 1、IIC的概念     I?C是Inter-IntegratedCircuit的缩写,用两条双向的线,一条 Serial Data Line (SDA) ,另一条Serial Clock(SCL)。
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IIC总线

1、IIC的概念

    I?C是Inter-IntegratedCircuit的缩写,用两条双向的线,一条 Serial Data Line (SDA) ,另一条Serial Clock(SCL)。SCL:上升沿将数据输入到每个EEPROM器件中;下降沿驱动EEPROM器件输出数据(边沿触发)。SDA:双向数据线,为OD门,与其它任意数量的OD与OC门成"线与"关系。

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    每一个I2C总线器件内部的SDA、SCL引脚电路结构都是一样的,引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管,输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器,这种电路具有两个特点:

1)由于SDA、SCL为漏极开路结构(OD),因此它们必须接有上拉电阻,阻值的大小常为 1k8, 4k7 and 10k ,但1k8 时性能最好;当总线空闲时,两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平,都将使总线的信号变低,即各器件的SDA及SCL都是线"与"关系。

2)引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测,检测是否与刚才输出一致,为"时钟同步"和"总线仲裁"提供了硬件基础。


2、IIC主从设备

    系统中的所有外围器件都具有一个7位的"从器件专用地址码",其中高4位为器件类型,由生产厂家制定,低3位为器件引脚定义地址,由使用者定义。主控器件通过地址码建立多机通信的机制,因此I2C总线省去了外围器件的片选线,这样无论总线上挂接多少个器件,其系统仍然为简约的二线结构。终端挂载在总线上,有主端和从端之分,主端必须是带有CPU的逻辑模块,在同一总线上同一时刻使能有一个主端,可以有多个从端,从端的数量受地址空间和总线的最大电容 400pF的限制。二者都可以传输数据,但是从设备不能发起传输,且传输是受到主设备控制的。

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3、速度

普通模式:100kHz;

快速模式:400kHz;

高速模式:3.4MHz;

没有任何必要使用高速SCL,将SCL保持在100k或以下,然后忘了它吧。。。


4、协议

1)空闲状态

I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时,规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态,即释放总线,由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高

2)起始信号

当SCL为高期间,SDA由高到低的跳变;启动信号是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号。

3)结束信号

当SCL为高期间,SDA由低到高的跳变;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。

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4)应答信号

    发送器每发送一个字节,就在时钟脉冲9期间释放数据线,由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时,规定为有效应答位(ACK简称应答位),表示接收器已经成功地接收了该字节;应答信号为高电平时,规定为非应答位(NACK),一般表示接收器接收该字节没有成功。 对于反馈有效应答位ACK的要求是,接收器在第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。 如果接收器是主控器,则在它收到最后一个字节后,发送一个NACK信号,以通知被控发送器结束数据发送,并释放SDA线,以便主控接收器发送一个停止信号P。

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     如下图逻辑分析仪的采样结果:释放总线后,如果没有应答信号,sda应该一直持续为高电平,但是如图中蓝色虚线部分所示,它被拉低为低电平,证明收到了应答信号。这里面给我们的两个信息是:1)接收器在SCL的上升沿到来之前的低电平期间拉低SDA;2)应答信号一直保持到SCL的下降沿结束;正如前文红色标识所指出的那样。

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5)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。我的理解:虽然只要求在高电平期间保持稳定,但是要有一个提前量,也就是数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好,因为在前面I2C总线之(一)---概述一文中已经指出,数据是在SCL的上升沿打入到器件(EEPROM)中的。

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4、仲裁和同步

1)时钟同步
所有主机在 SCL 线上产生它们自己的时钟来传输 I2C 总线上的报文, 数据只在时钟的高电平周期有效。因此 需要一个确定的时钟进行逐位仲裁。
由于所有的SCL连接在一起,只要有一个是低电平,SCL就会被拉低。当某个主机的时钟将SCL拉低之后,如果其他主机的时钟发现自己的SCL和总线不一样,就会进入高电平等待状态
2)仲裁
仲裁发生在SDA线,和时钟同步的道理一样,当某一个主机将SDA拉低之后,SDA就会变低。如果另外一个主机的SDA发现自己和总线不一样,那么就会退出竞争。


5、数据传送

主设备发送

数据传输过程中,首先要发送一个7位从机地址过去,紧接着的第 8 位是数据方向位 R/W, 0表示发送( 写), 1 表示请求数据 (读)
其实这个过程发送了一个字节,高4位由IC的生产厂家决定,后3位由用户自己定(例如某些EEPROM有A0\A1\A2三个引脚,这样就可以决定了用户自定义地址),最后一位是读写信号
1)发送起始位
2)发送从设备的地址和读/写选择位;释放总线,等到EEPROM拉低总线进行应答;如果EEPROM接收成功,则进行应答;若没有握手成功或者发送的数据错误时EEPROM不产生应答,此时要求重发或者终止。
3)发送想要写入的内部寄存器地址;EEPROM对其发出应答;
4)发送数据
5)发送停止位

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主设备接收数据

1)发送起始位;
2)发送slave地址+0;
3)发送内部寄存器地址;
4)重新发送起始位;
5)重新发送slave地址+1;
6)读取数据
7)主机接收器在接收到最后一个字节后,也不会发出ACK信号。于是,从机发送器释放SDA线,以允许主机发出P信号结束传输。
8)发送停止位

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STM32的IIC接口
1、IIC功能说明

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2、寄存器说明

1)控制寄存器I2C_CR1

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2)I2C自有地址寄存器I2C_OAR1

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3)I2C数据寄存器

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4)I2C状态寄存器I2C_SR1

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4)I2C状态寄存器I2C_SR2

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代码

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从器件MPU6050

1、功能介绍

     MPU-60X0 九轴运动传感器,它集成了3轴陀螺仪,3轴加速度传感器,以及一个可扩展的数字运动处理器。可以使用I2C总线和一个第三方的数字传感器连接起来,扩展之后可以通过I2C接口或者SPI接口输出一个9轴的数据(SPI总线仅在MPU6000可以使用)
    传感器的测量范围是可以由用户控制的,陀螺仪的范围可以是(-250,250)、
(-500,500)、(-1000,1000)、(-2000,2000)(度/s)加速计的范围可以是(-2,2)、(-4,4)、(-8,8)、(-16,16)(单位g)。通信速度在I2C模式下最高400khz。引脚:23脚为I2C串行时钟、24脚为I2C数据、9脚为从机地址线MPU6050从设备地址110100x,x位由9号管脚来决定,因此一条I2C总线上只能有2个运动传感器。内置一个温度传感器,内部提供8M时钟

2、命令

用IIC操作MPU6050的过程就是发送命令接收数据的过程

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3、初始化及收发数据

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