[嵌入式]嵌入式工程师成长之路（三十四）之I2C通信以及stm32单片机程序详解

I2C通信以及stm32单片机程序详解

1、初始化IO口：

#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA	 
#define READ_SDA   PBin(7)  //输入SDA 

（1）在固件库中操作IDR寄存器读取IO端口数据是通过GPIO_ReadInputDataBit函数实现的：
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
比如 要读GPIOA.5的电平状态，那么方法是： GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_5);
返回值是1(Bit_SET)或者0(Bit_RESET);
在STM32固件库中，通过BSRR和BRR寄存器设置GPIO端口输出是通过函数 GPIO_SetBits()和函数GPIO_ResetBits()来完成的。
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) ;
在多数情况下，都是采用这两个函数来设置GPIO端口的输入和输出状态。
比如要设置GPIOB.5输出1，方法为：
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
如果要设置GPIOB.5输出0，方法为：
GPIO_ResetBits (GPIOB, GPIO_Pin_5);
（2）位带操作：
宏定义：
#define LED0 PBout(5)
#define LED1 PEout(5)
位带操作来实现操作某个IO口的1个位，通过位带操作PB5输出高低电平的方法如下：
LED0=1; //通过位带操作控制引脚PB5输出高电平
LED0=0; //通过位带操作控制引脚PB5输出低电平
比如，要PORTA的第七个IO口输出1，PAout（6）=1；
要判断PORTA的第15个位是否等于1，则可以使用if（PAin（14）==1）…；

void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}

2、初始化时钟线SCL与数据线SDA，此时可以看到这两个引脚都是输出引脚，根据I2C通信协议可知：SDA信号线上不仅仅只输出信号，有时也有输入信号，也就是说SDA信号线的引脚有时需要配置成输出，有时需要配置成输入，程序如下：

void IIC_setSDAMode_Out(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //PB7推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

void IIC_setSDAMode_In(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPU ;   //推挽输出
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

3、信号线的引脚初始化状态配置好后，开始写I2C通信协议，程序如下：
（1）起始信号：

void IIC_Start(void)
{
	IIC_setSDAMode_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 
}	

注意：起始信号产生后，SCL信号线为低电平状态
（2）写单字节函数：

void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	IIC_setSDAMode_Out(); 	    
    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);
    }	 
} 	

注意：写单字节函数完成后，SCL信号线为低电平状态
（3）读单字节函数：

u8 IIC_Read_Byte()
{
	unsigned char i,receive=0;
    IIC_setSDAMode_In();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
       IIC_SCL=1; 
	   receive<<=1;
	   receive|=(unsigned char)READ_SDA; 
	   IIC_SCL=0;
       delay_us(2);
    }					 
       return receive;
}

注意：读单字节函数完成后，SCL信号线为低电平状态
（4）应答信号：

u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 a;
	IIC_setSDAMode_In();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
  a=READ_SDA;
	IIC_SCL=0;
	return a;  
}

注意：应答信号产生后，SCL信号线为低电平状态
（5）结束信号：

void IIC_Stop(void)
{
	IIC_setSDAMode_Out();//sda线输出
	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);							   	
}

4、AT24C02相关程序：
（1）读单字节程序：

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{				  
	u8 temp=0;		  	    																 
 IIC_Start();  
 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();		   
 IIC_Stop();//产生一个停止条件	    
	return temp;
}

（2）写单字节程序：

void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{				   	  	    																 
    IIC_Start();  
		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);	 
}

（3）AT24C02检测函数：

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;											  
}

（4）读字符串函数：

void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)
{
	while(NumToRead)
	{
		*pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);	
		NumToRead--;
	}
} 

（5）写字符串函数：

void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
	while(NumToWrite--)
	{
		AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);
		WriteAddr++;
		pBuffer++;
	}
}

5、main函数：

const u8 TEXT_Buffer[]={"helloworld"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	
	
 int main(void)
 {	 
	u8 key;
	u16 i=0;
	u8 datatemp[SIZE];
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	LCD_Init();			   	//初始化LCD 	
	KEY_Init();				//按键初始化		 	 	
	AT24CXX_Init();			//IIC初始化 
 	POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
 	while(AT24CXX_Check());//检测不到24c02  
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY1_PRES)//KEY_UP按下,写入24C02
		{
			AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);
		}
		if(key==KEY0_PRES)//KEY1按下,读取字符串并显示
		{
			AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);
		
			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;
		}		   
	}
}

6、完整程序如下：
（1）myiic.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"


//IO方向设置
 

//IO操作函数	 
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA	 
#define READ_SDA   PBin(7)  //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(void);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void); 				//IIC等待ACK信号
void IIC_setSDAMode_Out(void);
void IIC_setSDAMode_In(void);
void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);	  
#endif

（2）myiic.c

#include "myiic.h"
#include "delay.h"

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}
void IIC_setSDAMode_Out(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //PB7推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

void IIC_setSDAMode_In(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟  
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPU ;   //推挽输出
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	IIC_setSDAMode_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)
{
	IIC_setSDAMode_Out();//sda线输出
	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 a;
	IIC_setSDAMode_In();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
  a=READ_SDA;
	IIC_SCL=0;
	return a;  
} 
				 				     
			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	IIC_setSDAMode_Out(); 	    
    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 i,receive=0;
   IIC_setSDAMode_In();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=1; 
		    receive<<=1;
		    receive|=(unsigned char)READ_SDA; 
		    IIC_SCL=0;
        delay_us(2);
    }					 
   
    return receive;
}

（3）24cxx.h

#ifndef __24CXX_H
#define __24CXX_H
#include "myiic.h"   

					  
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_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

（4）24cxx.c

#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();  
 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();		   
 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();  
		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);	 
}

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++;
	}
}

（5）main.c

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "lcd.h"
#include "usart.h"
#include "usmart.h"	 
#include "24cxx.h"	 		 	
//要写入到24c02的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"helloworld"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	
	
 int main(void)
 {	 
	u8 key;
	u16 i=0;
	u8 datatemp[SIZE];
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	LCD_Init();			   	//初始化LCD 	
	KEY_Init();				//按键初始化		 	 	
	AT24CXX_Init();			//IIC初始化 
 	POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
 	while(AT24CXX_Check());//检测不到24c02  
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY1_PRES)//KEY_UP按下,写入24C02
		{
			AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);
		}
		if(key==KEY0_PRES)//KEY1按下,读取字符串并显示
		{
			AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);
		
			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;
		}		   
	}
}