歡迎來到我的博客。今天我想向大家介紹一下STM32軟件I2C功能。

首先，讓我們來了解一下I2C（Inter-Integrated Circuit）總線。I2C是一種串行通信總線，最初由Philips公司開發(fā)。它允許多個設(shè)備使用同一條總線進行通信，并且每個設(shè)備都有唯一的地址。I2C通常用于連接微控制器、傳感器和其他外設(shè)。

在STM32中，I2C總線被實現(xiàn)為硬件和軟件兩種方式。硬件I2C功能可以直接使用STM32芯片上的I2C外設(shè)，而軟件I2C需要通過編程實現(xiàn)。由于某些應用場景不適宜使用硬件I2C功能，所以軟件I2C在STM32中也變得非常重要。

STM32軟件I2C功能與硬件I2C功能類似，它們之間的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。軟件I2C需要使用GPIO口模擬I2C通信過程，因此實現(xiàn)起來相對復雜。但是軟件I2C具有很高的靈活性，可以根據(jù)需要進行修改和擴展。

在STM32中，軟件I2C驅(qū)動程序通常由以下幾個部分組成：

初始化：這一步包括配置GPIO口、設(shè)置時序等操作，以確保I2C通信正常進行。

啟動：啟動信號是I2C總線上的一個信號，用于指示傳輸開始。為了在軟件I2C中實現(xiàn)“啟動”信號，我們需要將SDA（數(shù)據(jù)線）從高電平拉到低電平，然后將SCL（時鐘線）從高電平拉到低電平。

停止：停止信號用于指示傳輸結(jié)束。在軟件I2C中，我們需要將SCL從低電平拉到高電平，然后將SDA從低電平拉到高電平。

數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸通過向SDA寫入位來完成。在傳輸數(shù)據(jù)之前，我們需要向SCL寫入一個脈沖來獲取ACK（應答）信號，以確保數(shù)據(jù)已被正確接收。

雖然軟件I2C比硬件I2C更加復雜，但它具有很高的靈活性和可擴展性。此外，在某些情況下，軟件I2C可以提供更好的性能和功耗優(yōu)化。

下面上代碼。根據(jù)野火例程修改而來，已驗證。

bsp_i2c_gpio.c

/**
 ******************************************************************************
 * @file    bsp_i2c_ee.c
 * @version V1.0
 * @date    2023-4-12
 * @brief   用gpio模擬i2c總線, 適用于STM32系列CPU。該模塊不包括應用層命令幀，僅包括I2C總線基本操作函數(shù)。
 ******************************************************************************
#include "bsp_i2c_gpio.h"
#include "stm32f4xx.h"
#include <stdio.h>

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_Delay
*	功能說明: I2C總線位延遲，最快400KHz
*	形    參：無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
static void i2c_Delay(void)
{
    uint8_t i;

    /*　
        下面的時間是通過邏輯分析儀測試得到的。
    工作條件：CPU主頻72MHz ，MDK編譯環(huán)境，1級優(yōu)化

        循環(huán)次數(shù)為10時，SCL頻率 = 205KHz
        循環(huán)次數(shù)為7時，SCL頻率 = 347KHz， SCL高電平時間1.5us，SCL低電平時間2.87us
        循環(huán)次數(shù)為5時，SCL頻率 = 421KHz， SCL高電平時間1.25us，SCL低電平時間2.375us
    */
    for (i = 0; i < 10; i++)
        ;
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_Start
*	功能說明: CPU發(fā)起I2C總線啟動信號
*	形    參：無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_Start(void)
{
    /* 當SCL高電平時，SDA出現(xiàn)一個下跳沿表示I2C總線啟動信號 */
    BSP_I2C_SDA_1();
    BSP_I2C_SCL_1();
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SDA_0();
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SCL_0();
    i2c_Delay();
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_Stop
*	功能說明: CPU發(fā)起I2C總線停止信號
*	形    參：無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_Stop(void)
{
    /* 當SCL高電平時，SDA出現(xiàn)一個上跳沿表示I2C總線停止信號 */
    BSP_I2C_SDA_0();
    BSP_I2C_SCL_1();
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SDA_1();
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_SendByte
*	功能說明: CPU向I2C總線設(shè)備發(fā)送8bit數(shù)據(jù)
*	形    參：_ucByte ： 等待發(fā)送的字節(jié)
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte)
{
    uint8_t i;

    /* 先發(fā)送字節(jié)的高位bit7 */
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        if (_ucByte & 0x80)
        {
            BSP_I2C_SDA_1();
        }
        else
        {
            BSP_I2C_SDA_0();
        }
        i2c_Delay();
        BSP_I2C_SCL_1();
        i2c_Delay();
        BSP_I2C_SCL_0();
        if (i == 7)
        {
            BSP_I2C_SDA_1(); // 釋放總線
        }
        _ucByte <<= 1; /* 左移一個bit */
        i2c_Delay();
    }
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_ReadByte
*	功能說明: CPU從I2C總線設(shè)備讀取8bit數(shù)據(jù)
*	形    參：無
*	返 回 值: 讀到的數(shù)據(jù)
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t i2c_ReadByte(void)
{
    uint8_t i;
    uint8_t value;

    /* 讀到第1個bit為數(shù)據(jù)的bit7 */
    value = 0;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        value <<= 1;
        BSP_I2C_SCL_1();
        i2c_Delay();
        if (BSP_I2C_SDA_READ())
        {
            value++;
        }
        BSP_I2C_SCL_0();
        i2c_Delay();
    }
    return value;
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_WaitAck
*	功能說明: CPU產(chǎn)生一個時鐘，并讀取器件的ACK應答信號
*	形    參：無
*	返 回 值: 返回0表示正確應答，1表示無器件響應
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t i2c_WaitAck(void)
{
    uint8_t re;

    BSP_I2C_SDA_1(); /* CPU釋放SDA總線 */
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SCL_1(); /* CPU驅(qū)動SCL = 1, 此時器件會返回ACK應答 */
    i2c_Delay();
    if (BSP_I2C_SDA_READ()) /* CPU讀取SDA口線狀態(tài) */
    {
        re = 1;
    }
    else
    {
        re = 0;
    }
    BSP_I2C_SCL_0();
    i2c_Delay();
    return re;
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_Ack
*	功能說明: CPU產(chǎn)生一個ACK信號
*	形    參：無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_Ack(void)
{
    BSP_I2C_SDA_0(); /* CPU驅(qū)動SDA = 0 */
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SCL_1(); /* CPU產(chǎn)生1個時鐘 */
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SCL_0();
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SDA_1(); /* CPU釋放SDA總線 */
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_NAck
*	功能說明: CPU產(chǎn)生1個NACK信號
*	形    參：無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_NAck(void)
{
    BSP_I2C_SDA_1(); /* CPU驅(qū)動SDA = 1 */
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SCL_1(); /* CPU產(chǎn)生1個時鐘 */
    i2c_Delay();
    BSP_I2C_SCL_0();
    i2c_Delay();
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 數(shù) 名: i2c_CfgGpio
*	功能說明: 配置I2C總線的GPIO，采用模擬IO的方式實現(xiàn)
*	形    參：無
*	返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_CfgGpio(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    I2Cx_SCL_GPIO_CLK_ENABLE();
    I2Cx_SDA_GPIO_CLK_ENABLE();
    /**I2C2 GPIO Configuration
    PB10     ------> I2C2_SCL
    PB9     ------> I2C2_SDA
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = BSP_I2C_SCL_PIN | BSP_I2C_SDA_PIN;
    ;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(BSP_GPIO_PORT_I2C, &GPIO_InitStruct);
    /* 給一個停止信號, 復位I2C總線上的所有設(shè)備到待機模式 */
    i2c_Stop();
}

bsp_i2c_gpio.h

#ifndef _BSP_I2C_GPIO_H
#define _BSP_I2C_GPIO_H

#include <inttypes.h>

#define BSP_I2C_WR 0 /* 寫控制bit */
#define BSP_I2C_RD 1 /* 讀控制bit */

/* 定義I2C總線連接的GPIO端口時鐘控制 */

#define I2Cx_SDA_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define I2Cx_SCL_GPIO_CLK_ENABLE() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()

/* 定義I2C總線連接的GPIO端口, 用戶只需要修改下面3行代碼即可任意改變SCL和SDA的引腳 */
#define BSP_GPIO_PORT_I2C GPIOB    /* GPIO端口 */
#define BSP_I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_8 /* 連接到SCL時鐘線的GPIO */
#define BSP_I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_9 /* 連接到SDA數(shù)據(jù)線的GPIO */

/* 定義讀寫SCL和SDA的宏，已增加代碼的可移植性和可閱讀性 */
#if 0                                                                /* 條件編譯： 1 選擇GPIO的庫函數(shù)實現(xiàn)IO讀寫 */
#define BSP_I2C_SCL_1() digitalH(BSP_GPIO_PORT_I2C, BSP_I2C_SCL_PIN) /* SCL = 1 */
#define BSP_I2C_SCL_0() digitalL(BSP_GPIO_PORT_I2C, BSP_I2C_SCL_PIN) /* SCL = 0 */

#define BSP_I2C_SDA_1() digitalH(BSP_GPIO_PORT_I2C, BSP_I2C_SDA_PIN)         /* SDA = 1 */
#define BSP_I2C_SDA_0() digitalL(BSP_GPIO_PORT_I2C, BSP_I2C_SDA_PIN)         /* SDA = 0 */
	
	//#define BSP_I2C_SDA_READ()  GPIO_ReadInputDataBit(BSP_GPIO_PORT_I2C, BSP_I2C_SDA_PIN)	/* 讀SDA口線狀態(tài) */
#define BSP_I2C_SDA_READ() ((BSP_GPIO_PORT_I2C->IDR & BSP_I2C_SDA_PIN) != 0) /* 讀SDA口線狀態(tài) */

#else                                                                              /* 這個分支選擇直接寄存器操作實現(xiàn)IO讀寫 */
/*　注意：如下寫法，在IAR最高級別優(yōu)化時，會被編譯器錯誤優(yōu)化 */
#define BSP_I2C_SCL_1() BSP_GPIO_PORT_I2C->BSRR = (uint32_t)BSP_I2C_SCL_PIN        /* SCL = 1 */
#define BSP_I2C_SCL_0() BSP_GPIO_PORT_I2C->BSRR = (uint32_t)BSP_I2C_SCL_PIN << 16U /* SCL = 0 */

#define BSP_I2C_SDA_1() BSP_GPIO_PORT_I2C->BSRR = (uint32_t)BSP_I2C_SDA_PIN        /* SDA = 1 */
#define BSP_I2C_SDA_0() BSP_GPIO_PORT_I2C->BSRR = (uint32_t)BSP_I2C_SDA_PIN << 16U /* SDA = 0 */

#define BSP_I2C_SDA_READ() ((BSP_GPIO_PORT_I2C->IDR & BSP_I2C_SDA_PIN) != 0) /* 讀SDA口線狀態(tài) */
#endif

/* 直接操作寄存器的方法控制IO */
#define digitalH(p, i) \
    {                  \
        p->BSRR = i;   \
    } // 設(shè)置為高電平
#define digitalL(p, i)               \
    {                                \
        p->BSRR = (uint32_t)i << 16; \
    } // 輸出低電平

void i2c_CfgGpio(void);
void i2c_Start(void);
void i2c_Stop(void);
void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte);
uint8_t i2c_ReadByte(void);
uint8_t i2c_WaitAck(void);
void i2c_Ack(void);
void i2c_NAck(void);

#endif

最后，不要忘記在主程序中調(diào)用 i2c_CfgGpio(); 完成用于模擬I2C的GPIO初始化。

應用實例

這里我使用的是lis2dw12加速度傳感器，在數(shù)據(jù)手冊中給出了I2C通信時序如下。

Master：主機
Slave：從機
ST：起始信號 START signal
SAD：從機地址 Slave Address
SAK：從機應答 slave acknowledge
DATA ：8位的數(shù)據(jù)內(nèi)容
SP：停止信號 STOP signal
NMAK ：非主機應答 No Master Acknowledge
SUB：8位的子地址 8-bit sub-address
W ：讀操作
R：寫操作

軟件模擬這個流程就能實現(xiàn)通訊，對照時序圖和程序的每一個步驟閱讀，方便理解。

使用前記得包含頭文件

#include "bsp_i2c_gpio.h"

軟件模擬讀操作

/*
 * @brief  Read generic device register (platform dependent)
 *
 * @param  handle    customizable argument. In this examples is used in
 *                   order to select the correct sensor bus handler.
 * @param  reg       register to read
 * @param  bufp      pointer to buffer that store the data read
 * @param  len       number of consecutive register to read
 *
 */
static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp,
                             uint16_t len)
{
  uint16_t i;
  /* 第1步：發(fā)起I2C總線啟動信號 */
  i2c_Start();
  /* 第2步：發(fā)送控制字節(jié)，高7bit是地址，bit0是讀寫控制位，0表示寫，1表示讀 */
  i2c_SendByte(BSP_I2C_ADD | BSP_I2C_WR); /* 寫指令 */
  /* 第3步：等待ACK */
  if (i2c_WaitAck() != 0)
  {
    goto cmd_fail;
  }
  /* 第4步: 發(fā)送SUB */
  i2c_SendByte(reg);
  /* 第5步: 等待ACK */
  if (i2c_WaitAck() != 0)
  {
    goto cmd_fail;
  }
  /* 第6步: 發(fā)送SR (repeated START) */
  i2c_Start();
  /* 第7步: 發(fā)送控制字節(jié) */
  i2c_SendByte(BSP_I2C_ADD | BSP_I2C_RD); /* 讀指令 */
                                                    /* 第8步: 發(fā)送ACK */
  if (i2c_WaitAck() != 0)
  {
    goto cmd_fail;
  }
  /* 第9步: 循環(huán)讀取數(shù)據(jù) */
  for (i = 0; i < len; i++)
  {
    bufp[i] = i2c_ReadByte(); /* 讀1個字節(jié) */

    /* 每讀完1個字節(jié)后,需要主機發(fā)送ACK,最后一個字節(jié)發(fā)送NACK */
    if (i != len - 1)
    {
      i2c_Ack(); /* 中間字節(jié)讀完后，CPU產(chǎn)生ACK信號(驅(qū)動SDA = 0) */
    }
    else
    {
      i2c_NAck(); /* 最后1個字節(jié)讀完后，CPU產(chǎn)生NACK信號(驅(qū)動SDA = 1) */
    }
  }
  /* 第10步：發(fā)送停止信號 */
  i2c_Stop();
  return 0;
cmd_fail:
  i2c_Stop();
  return 1;
}

軟件模擬寫操作

/*
 * @brief  Write generic device register (platform dependent)
 *
 * @param  handle    customizable argument. In this examples is used in
 *                   order to select the correct sensor bus handler.
 * @param  reg       register to write
 * @param  bufp      pointer to buffer that store the data read
 * @param  len       number of consecutive register to read
 *
 */
static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp,
                              uint16_t len)
{
  uint16_t i;
  /* 第0步: 發(fā)送停止信號 */
  i2c_Stop();
  /* 第1步: 發(fā)起I2C總線啟動信號 */
  i2c_Start();
  /* 第2步: 發(fā)送控制字節(jié) */
  i2c_SendByte(BSP_I2C_ADD | BSP_I2C_WR);
  /* 第3步: 等待ACK */
  if (i2c_WaitAck() != 0)
  {
    goto cmd_fail;
  }
  /* 第4步: 發(fā)送SUB */
  i2c_SendByte(reg);
  /* 第5步: 等待ACK */
  if (i2c_WaitAck() != 0)
  {
    goto cmd_fail;
  }
  /* 第6步: 循環(huán)發(fā)送DATA */
  for (i = 0; i < len; i++)
  {
    i2c_SendByte(bufp[i]); /* 發(fā)一個數(shù)據(jù) */
    i2c_Ack();             /*發(fā)完一個數(shù)據(jù)后等待ACK*/
  }
  /* 第7步: 發(fā)送停止信號 */
  i2c_Stop();
  return 0;
cmd_fail:
  i2c_Stop();
  return 1;
}

總而言之，STM32軟件I2C是一種非常重要的通信方式，尤其適用于那些不適合使用硬件I2C的應用場景。希望本文對你了解STM32軟件I2C功能有所幫助，如果有不理解的地方歡迎私信留言。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-741649.html

到了這里，關(guān)于【STM32】軟件I2C的使用 —— 看這一篇就夠了（附代碼）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！