• I2C相关实验

    I2C简介

    I2C是很常见的一种总线协议，I2C是NXP公司设计的，I2C使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是SCL(串行时钟线)，另外一条是SDA(串行数据线)，这两条数据线需要接上拉电阻，总线空闲的时候SCL和SDA处于高电平。I2C总线标准模式下速度可以达到100Kb/S，快速模式下可以达到400Kb/S。

    I2C是支持多从机的：

    在这里插入图片描述

    一般会接一个4.7k的上拉电阻（VDD）。

    I2C总线工作是按照一定的协议来运行的 ，其中相关术语：

    起始位

    I2C通信起始标志，在SCL为高电平的时候，SDA出现下降沿就表示为起始位。

    停止位 

    停止I2C通信的标志位，和起始位的功能相反。在SCL位高电平的时候，SDA出现上升沿就表示为停止位。

    在这里插入图片描述

    数据传输 

    I2C总线在数据传输的时候要保证在SCL高电平期间，SDA上的数据稳定，因此SDA上的数据变化只能在SCL低电平期间发生。

    在这里插入图片描述

     应答信号

    当I2C主机发送完8位数据以后会将SDA设置为输入状态，等待I2C从机应答，也就是等到I2C从机告诉主机它接收到数据了。应答信号是由从机发出的，主机需要提供应答信号所需的时钟，主机发送完8位数据以后紧跟着的一个时钟信号就是给应答信号使用的。从机通过将SDA拉低来表示发出应答信号，表示通信成功，否则表示通信失败。
    I2C主机与从机之间的操作只有读与写两个操作。其时序分别为：

    在这里插入图片描述

    1)、开始信号。
    2)、发送I2C设备地址，每个I2C器件都有一个设备地址，通过发送具体的设备地址来决定访问哪个I2C器件。这是一个8位的数据，其中高7位是设备地址，最后1位是读写位，为1的话表示这是一个读操作，为0的话表示这是一个写操作。
    3)、 I2C器件地址后面跟着一个读写位，为0表示写操作，为1表示读操作。
    4)、从机发送的ACK应答信号。
    5)、重新发送开始信号。
    6)、发送要写写入数据的寄存器地址。
    7)、从机发送的ACK应答信号。
    8)、发送要写入寄存器的数据。
    9)、从机发送的ACK应答信号。
    10)、停止信号。

    在这里插入图片描述

    1)、主机发送起始信号。
    2)、主机发送要读取的I2C从设备地址。
    3)、读写控制位，因为是向I2C从设备发送数据，因此是写信号。
    4)、从机发送的ACK应答信号。
    5)、重新发送START信号。
    6)、主机发送要读取的寄存器地址。
    7)、从机发送的ACK应答信号。
    8)、重新发送START信号。
    9)、重新发送要读取的I2C从设备地址。
    10)、读写控制位，这里是读信号，表示接下来是从I2C从设备里面读取数据。
    11)、从机发送的ACK应答信号。
    12)、从I2C器件里面读取到的数据。
    13)、主机发出NO ACK信号，表示读取完成，不需要从机再发送ACK信号了。
    14)、主机发出STOP信号，停止I2C通信。
    操作I2C需要几个重要的寄存器：

    在这里插入图片描述

    I2Cx_IADR(x=1~4)寄存器：寄存器I2Cx_IADR只有ADR(bit7:1)位有效，用来保存I2C从设备地址数据。当我们要访问某个I2C从设备的时候就需要将其设备地址写入到ADR里面。

    在这里插入图片描述

    寄存器I2Cx_IFDR：寄存器I2Cx_IFDR也只有IC(bit5:0)这个位，用来设置I2C的波特率，I2C的时钟源可以选择IPG_CLK_ROOT=66MHz，I.MX6U的I2C支持两种模式：标准模式和快速模式，标准模式下I2C数据传输速率最高是100Kbits/s，在快速模式下数据传输速率最高为400Kbits/s。通过设置IC位既可以得到想要的I2C波特率。 

    在这里插入图片描述

    这里可以设置为0x15或0x38，即分频为640。

    在这里插入图片描述

    寄存器I2Cx_I2CR：这个是I2C控制寄存器，其各个位的作用：

    IEN(bit7)：I2C使能位，为1的时候使能I2C，为0的时候关闭I2C。
    IIEN(bit6)：I2C中断使能位，为1的时候使能I2C中断，为0的时候关闭I2C中断。
    MSTA(bit5)：主从模式选择位，设置IIC工作在主模式还是从模式，为1的时候工作在主模式，为0的时候工作在从模式。
    MTX(bit4)：传输方向选择位，用来设置是进行发送还是接收，为0的时候是接收，为1的时候是发送。
    TXAK(bit3)：传输应答位使能，为0的话发送ACK信号，为1的话发送NO ACK信号。
    RSTA(bit2)：重复开始信号，为1的话产生一个重新开始信号。

    在这里插入图片描述

    寄存器I2Cx_I2SR：I2C的状态寄存器 。

    寄存器I2Cx_I2SR的各位含义如下：
    ICF(bit7)：数据传输状态位，为0的时候表示数据正在传输，为1的时候表示数据传输完成。
    IAAS(bit6)：当为1的时候表示I2C地址，也就是I2Cx_IADR寄存器中的地址是从设备地址。
    IBB(bit5)：I2C总线忙标志位，当为0的时候表示I2C总线空闲，为1的时候表示I2C总线忙。
    IAL(bit4)：仲裁丢失位，为1的时候表示发生仲裁丢失。
    SRW(bit2)：从机读写状态位，当I2C作为从机的时候使用，此位用来表明主机发送给从机的是读还是写命令。为0的时候表示主机要向从机写数据，为1的时候表示主机要从从机读取数据。
    IIF(bit1)：I2C中断挂起标志位，当为1的时候表示有中断挂起，此位需要软件清零。
    RXAK(bit0)：应答信号标志位，为0的时候表示接收到ACK应答信号，为1的话表示检测到NO ACK信号。
    最后一个寄存器就是I2Cx_I2DR，这是I2C的数据寄存器，此寄存器只有低8位有效，当要发送数据的时候将要发送的数据写入到此寄存器，如果要接收数据的话直接读取此寄存器即可得到接收到的数据。
    了解后开始写：

    1.   #include "bsp_i2c.h"
    2.   #include "bsp_delay.h"
    3.   #include "stdio.h"
    4.  
    5.  
    6.  void i2c_init(I2C_Type *base)
    7.   {
    8.       /* 1、配置I2C */
    9.       base->I2CR &= ~(1 << 7); /* 要访问I2C的寄存器，首先需要先关闭I2C */
    10.   
    11.  
    12.      base->IFDR = 0X15 << 0;
    13.   
    14.       /* 设置寄存器I2CR，开启I2C */
    15.       base->I2CR |= (1<<7);
    16.   }
    17.   
    18.  
    19.   unsigned char i2c_master_repeated_start(I2C_Type *base, 
    20. unsigned char address,  
    21. enum i2c_direction direction)  {
    22.      /* I2C忙并且工作在从模式,跳出 */
    23.       if(base->I2SR & (1 << 5) && (((base->I2CR) & (1 << 5)) == 0))       
    24.           return 1;
    25.   
    26.       /*
    27.        * 设置寄存器I2CR
    28.        * bit[4]: 1 发送
    29.        * bit[2]: 1 产生重新开始信号
    30.        */
    31.       base->I2CR |=  (1 << 4) | (1 << 2);
    32.   
    33.       /*
    34.        * 设置寄存器I2DR，bit[7:0] : 要发送的数据，这里写入从设备地址
    35.        */ 
    36.       base->I2DR = ((unsigned int)address << 1) | 
    37. ((direction == kI2C_Read)? 1 : 0);
    38.       return 0;
    39.   }
    40.  
    41.   unsigned char i2c_master_start(I2C_Type *base, 
    42. unsigned char address,  
    43. enum i2c_direction direction)
    44.   {
    45.       if(base->I2SR & (1 << 5))           /* I2C忙 */
    46.           return 1;
    47.   
    48.      /*
    49.        * 设置寄存器I2CR
    50.        * bit[5]: 1 主模式
    51.        * bit[4]: 1 发送
    52.        */
    53.       base->I2CR |=  (1 << 5) | (1 << 4);
    54.   
    55.       /*
    56.        * 设置寄存器I2DR，bit[7:0] : 要发送的数据，这里写入从设备地址
    57.        */ 
    58.       base->I2DR = ((unsigned int)address << 1) | 
    59. ((direction == kI2C_Read)? 1 : 0);
    60.       return 0;
    61.   }
    62.  
    63.   unsigned char i2c_check_and_clear_error(I2C_Type *base, 
    64. unsigned int status)
    65.   {
    66.       if(status & (1<<4)) 				/* 检查是否发生仲裁丢失错误 	*/
    67.       {
    68.           base->I2SR &= ~(1<<4);      	/* 清除仲裁丢失错误位      	*/
    69.           base->I2CR &= ~(1 << 7);    	/* 先关闭I2C               	*/
    70.           base->I2CR |= (1 << 7);     	/* 重新打开I2C             	*/
    71.           return I2C_STATUS_ARBITRATIONLOST;
    72.       } 
    73.       else if(status & (1 << 0))      	/* 没有接收到从机的应答信号 	*/
    74.       {
    75.           return I2C_STATUS_NAK;      	/* 返回NAK(No acknowledge) */
    76.       }
    77.       return I2C_STATUS_OK;
    78.   }
    79.  
    80.  unsigned char i2c_master_stop(I2C_Type *base)
    81.  {
    82.      unsigned short timeout = 0XFFFF;
    83.  
    84.      /* 清除I2CR的bit[5:3]这三位 */
    85.      base->I2CR &= ~((1 << 5) | (1 << 4) | (1 << 3));
    86.      while((base->I2SR & (1 << 5)))	/* 等待忙结束 	*/
    87.      {
    88.          timeout--;
    89.          if(timeout == 0)    			/* 超时跳出 		*/
    90.              return I2C_STATUS_TIMEOUT;
    91.      }
    92.      return I2C_STATUS_OK;
    93.  }
    94.  
    95.  void i2c_master_write(I2C_Type *base, const unsigned char *buf, 
    96. unsigned int size)
    97.  {   
    98.      while(!(base->I2SR & (1 << 7))); 		/* 等待传输完成 	*/
    99.      base->I2SR &= ~(1 << 1);    				/* 清除标志位 	*/
    100.      base->I2CR |= 1 << 4;       				/* 发送数据 		*/
    101.      while(size--)
    102.      {
    103.          base->I2DR = *buf++;    /* 将buf中的数据写入到I2DR寄存器 */
    104.          while(!(base->I2SR & (1 << 1))); 	/* 等待传输完成 	*/    
    105.          base->I2SR &= ~(1 << 1);            	/* 清除标志位 	*/
    106.  
    107.          /* 检查ACK */
    108.          if(i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR))
    109.              break;
    110.      }
    111.      base->I2SR &= ~(1 << 1);
    112.      i2c_master_stop(base);  					/* 发送停止信号 	*/
    113.  }
    114.  
    115.  void i2c_master_read(I2C_Type *base, unsigned char *buf, 
    116. unsigned int size)
    117.  {
    118.      volatile uint8_t dummy = 0;
    119.  
    120.      dummy++;   			 				/* 防止编译报错 		*/
    121.      while(!(base->I2SR & (1 << 7))); 	/* 等待传输完成 		*/
    122.      base->I2SR &= ~(1 << 1);            	/* 清除中断挂起位 	*/
    123.      base->I2CR &= ~((1 << 4) | (1 << 3));   /* 接收数据 	*/
    124.      if(size == 1)   	/* 如果只接收一个字节数据的话发送NACK信号 */
    125.          base->I2CR |= (1 << 3);
    126.  
    127.      dummy = base->I2DR; 					/* 假读 			*/
    128.      while(size--)
    129.      {
    130.          while(!(base->I2SR & (1 << 1)));	/* 等待传输完成 	*/    
    131.          base->I2SR &= ~(1 << 1);            	/* 清除标志位 	*/
    132.  
    133.          if(size == 0)
    134.              i2c_master_stop(base);          	/* 发送停止信号 	*/
    135.          if(size == 1)
    136.              base->I2CR |= (1 << 3);
    137.          *buf++ = base->I2DR;
    138.      }
    139.  }
    140.  
    141.  
    142.  unsigned char i2c_master_transfer(I2C_Type *base, 
    143. struct i2c_transfer *xfer)
    144.  {
    145.      unsigned char ret = 0;
    146.      enum i2c_direction direction = xfer->direction; 
    147.  
    148.      base->I2SR &= ~((1 << 1) | (1 << 4));		/* 清除标志位 	*/
    149.      while(!((base->I2SR >> 7) & 0X1)){};    	/* 等待传输完成 	*/
    150.      /* 如果是读的话，要先发送寄存器地址，所以要先将方向改为写 */
    151.      if ((xfer->subaddressSize > 0) && (xfer->direction == 
    152. kI2C_Read))
    153.          direction = kI2C_Write;
    154.      ret = i2c_master_start(base, xfer->slaveAddress, direction); 
    155.      if(ret)
    156.          return ret;
    157.      while(!(base->I2SR & (1 << 1))){}; 	/* 等待传输完成 */
    158.      ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR); 
    159.      if(ret)
    160.      {
    161.          i2c_master_stop(base);           		/* 发送出错，发送停止信号 */
    162.          return ret;
    163.      }     
    164.      /* 发送寄存器地址 */
    165.      if(xfer->subaddressSize)
    166.    {
    167.          do
    168.          {
    169.              base->I2SR &= ~(1 << 1);            	/* 清除标志位 	*/
    170.              xfer->subaddressSize--;           	/* 地址长度减一 	*/
    171.              base->I2DR =  ((xfer->subaddress) >> (8 * 
    172. xfer->subaddressSize)); 
    173.              while(!(base->I2SR & (1 << 1))); 	/* 等待传输完成 */
    174.              /* 检查是否有错误发生 */
    175.              ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);
    176.              if(ret)
    177.              {
    178.                  i2c_master_stop(base);       		/* 发送停止信号 */
    179.                  return ret;
    180.              }  
    181.          } while ((xfer->subaddressSize > 0) && (ret == 
    182. I2C_STATUS_OK));
    183.  
    184.          if(xfer->direction == kI2C_Read)    	/* 读取数据		 */
    185.          {
    186.              base->I2SR &= ~(1 << 1);            	/* 清除中断挂起位 */
    187.              i2c_master_repeated_start(base, xfer->slaveAddress, 
    188. kI2C_Read);
    189.             while(!(base->I2SR & (1 << 1))){};	/* 等待传输完成 	*/
    190.              /* 检查是否有错误发生 */
    191.              ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);
    192.              if(ret)
    193.              {
    194.                  ret = I2C_STATUS_ADDRNAK;
    195.                  i2c_master_stop(base);      		/* 发送停止信号 */
    196.                  return ret;  
    197.              }         
    198.          }
    199.      }   
    200.  
    201.      /* 发送数据 */
    202.      if ((xfer->direction == kI2C_Write) && (xfer->dataSize > 0))
    203.          i2c_master_write(base, xfer->data, xfer->dataSize);
    204.      /* 读取数据 */
    205.      if ((xfer->direction == kI2C_Read) && (xfer->dataSize > 0))
    206.          i2c_master_read(base, xfer->data, xfer->dataSize);
    207.      return 0;   
    208.  }

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