IIC介绍

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线。

通信距离

通信速度

主从方式

通信方式

物理结构

I2C总线上传输的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应，即同步控制。数据位的传输是边沿触发。

IIC协议

空闲状态

SDA和SCL两条线同时处于高电平为总线空闲状态。由两个上拉电阻拉高。

开始信号、结束信号和应答信号

SDA数据线，SCL时钟线

• 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。是一种电平跳变时序信号，而非一个电平信号。

• 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ACK：发送器每发送一个字节，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，即由接收器反馈的应答信号。将SDA拉低，并保证在该时钟的高电平前进为稳定的低电平。

• 如果ACK为低电平为有效应答，如果是高电平就是非应答位NACK，也就是没有成功。

• 如果接收器是主控器，收到最后一个字节后，发送NACK信号，以通知发送器数据发送结束，并释放SDA。
  

向从机发送数据的过程

1. 主机发送start信号；总线处于占用状态。
2. 主机发送从机地址，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读；
3. 从机返回ACK响应信号；
4. 主机发送要给从机写入数据的地址；（有的设备不用）
5. 从机返回ACK响应信号；
6. 主机发送数据；
7. 从机返回ACK响应信号；
   重复第6和7步，直到从机返回一个NACK非响应信号；
   主机发送停止信号，结束数据传输。
   

读取从机数据的过程

1. 主机发送start信号；
2. 主机发送从机地址，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读；
3. 从机返回ACK响应信号；
4. 主机发送要给从机读入数据的地址；（有的设备不用）
5. 从机返回ACK响应信号；
6. 重新启动IIC总线，发送start信号；（前面步骤的目的向从机传送地址，下面开始读取数据）
7. 主机发送从机地址，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读；
8. 从机返回ACK响应信号；
9. 主机接收数据；
10. 从机返回ACK响应信号；
    重复第9和01步，直到从机返回一个NACK非响应信号；
    主机发送停止信号，结束数据传输。
    

数据有效性

IIC总线数据传送时，时钟的高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，不允许变化。即SCL的上升沿到来前要准备好，下降沿到来前必须可靠。
SDA的数据在SCL高电平期间被写入从机。所以SDA的数据变化要发生在SCL低电平期间。

协议一帧构成

IIC实验目的

开机的时候先检测 24C02 是否存在，然后在主循环里面用 1 个按键（KEY0）用来执行写入 24C02 的操作，另外一个按键（WK_UP）用来执行读出操作，在 TFTLCD模块上显示相关信息。

24C02硬件连接图

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。

• 24C02 的 SCL 和 SDA 分别连在 STM32 的 PB6 和 PB7 上的
  
  WP:write Protect 写保护就不能操作
  A0-A2，地址线，默认接地，地址000，最高就是256

地址如下：

• 器件地址：固定地址（4）+ 可编程地址（3）+ 读写为（0读1写）

• 高四位是出厂时写好的地址，A1-3是可调整的硬件地址线，这七位就是地址，最后一位是读写控制，读是1，写是0
  读写时序
  

• 开始，外设地址，应答，写入位置，应答，数据，应答

ST公司为了规避飞利浦IIC专利问题，将STM32 的硬件 IIC 非常复杂，更重要的是不稳定，故不推荐使用。所以通常就通过模拟来实现了。

初始化IIC

该段代码可以用在任何 IIC 设备上。

引脚初始化

#include "myiic.h"
#include "delay.h"
//初始化 IIC
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PB 时钟使能
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); //初始化 GPIO
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); //PB6,PB7 输出高
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

这段代码是对GPIOB端口的一个初始化。
为什么是GPIOB呢？前面我们说过24C02 的 SCL 和 SDA 分别连在 STM32 的 PB6 和 PB7 上。
GPIOB挂载在APB2之下，这里可以参考APB2 外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)
RCC_APB2Periph_GPIOB是宏定义，这里可以参考使能IO口时钟
按理说I2C接口应该如下设置或者按照中文参考手册，这里却用了推挽，暂时不知为何，很可能是按照常规思想，没有特殊要求则推挽的思路。

• SCL,SDA可以配置成推挽输出、开漏输出（上拉电阻输出1）

  • 开漏输出有线与特性，当多个器件通讯的时候，因为线与. 如果主设备A拉高SDA时, 已经有其他主设备将SDA拉低了. 由于 1 & 0 = 0 那么主设备A在检查SDA电平时, 会发现不是高电平, 而是低电平. 说明其他主设备抢占总线的时间比它早, 主设备A只能放弃占用总线. 如果是高电平, 则可以占用.

• SCL，SDA也可以配置成开漏输出、开漏输出（开漏输出为防止多个器件存在短路）

• SCL,SDA也可以配置成推挽输出、推挽输出与浮空输入（通过切换模式）

中文参考手册中的推荐设置为

输出模式只有三种，最常用的就是50MHz，可以参考解析GPIO_Init()
SetBits可以参考GPIO相关库函数
开始都是高电平

起始信号

//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
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

保持SCL为高电平，SDA产生一个下降沿，然后SCL拉低，一个START信号产生；

停止信号

//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);
}


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

保持SCL为高电平，SDA产生一个上升沿，一个STOP信号产生。

应答信号

//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)//一直等，等不到就停止
	{ 
		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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

在大于一个时钟脉冲的时间保持SDA为低电平

发送一个字节

//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;
	从最高位开始发数据，最高位移到最低
	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);
}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

一个CLK对应发送一个bit，先将SCL拉低，然后准备好要发送的数据，然后将SCL拉高，产生一个CLK时钟脉冲，数据就能直接发往从机；从高位（MSB）开始发送直到最低位（LSB），每发送完一个位后左移一位，确保每一位的数据都能正确发送，最后将SCL重新拉低。

读一个字节

//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;
	//上升沿的时候去读
	receive<<=1;
	if(READ_SDA)receive++;
	delay_us(1);
}
//读完了之后要应答
if (!ack)
IIC_NAck(); //发送 nACK
else
IIC_Ack(); //发送 ACK
return receive;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

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

EEPROM-24c02

硬件引脚

什么是EEPROM？
总容量是256（2K/8)个字节，也就是2的8次方个字节，每个字节八位，共2K个位，10次方。

引脚

硬件上设置了A0=A1=A2=0

硬件地址

高四个位是固定的是10，即A，后边懂了吧。

iic.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"
//IO 方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}//IO 操作函数
#define IIC_SCL 
#define IIC_SDA //SCL
#endif 
1
2
3
4
5
6
7
8
9

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

IIC 接口来操作 24Cxx 芯片

接下来我们看看 24cxx.c 文件代码：

#include “24cxx.h”
#include “delay.h”
//初始化 IIC 接口
void AT24CXX_Init(void)
{
IIC_Init();
}

读一个字节

//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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

写一个字节

//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);
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

写一定长度的字节

//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);
}
}


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

读一定长度的字节

//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，写一个值再读回来，看是不是这个值。
//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++;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53

这部分代码实际就是通过 IIC 接口来操作 24Cxx 芯片，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），24CXX 的型号定义在 24cxx.h 文件里面，通过 EE_TYPE 设置。

IIC步骤总结

• 开启GPIOB时钟
• 设置GPIOB的参数，初始化GPIOB
• 主机发送start信号；
• 主机发送从机地址，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读；
• 从机返回ACK响应信号；
• 主机发送要给从机写入数据的地址；（有的设备不用）
• 从机返回ACK响应信号；
• 主机发送数据；
• 从机返回ACK响应信号；