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[牛人杂谈] I2C 使用方法

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 楼主| yiy 发表于 2017-4-18 22:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
I2c, AC, ck, ip
2C相信大家都不陌生，很多人都用GPIO模拟过I2C。但是模拟的太占CPU资源，并且一般只能模拟Master，模拟slave还是挺困难的。
下面介绍一下I2C IP。
这个是I2CON寄存器，I2C的控制寄存器
1111111111.jpg
从左往右依次为：中断使能位，状态变化指示位，发送START信号，发送STOP信号，回ACK，使能I2C IP
²  I2C_STS：I2C 的状态发生变化该位就会置 1
²  START：请求 I2C IP 发送 START 信号。一旦发送成功，该 I2C就作为 I2CMaster
²  STOP：请求 I2C IP 发送 STOP 信号
²  ACK：如果收到数据的时候该位为 1，I2C IP 将回 ACK 给对方，否则回 NACK
其实从I2C的波形就可以看出，I2C协议完全是状态驱动的，从START信号开始，发送/接收地址字节之后收到ACK/NACK状态，发送/接收数据之后收到ACK/NACK状态，发送STOP
222222222222.jpg

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 楼主| yiy 发表于 2017-4-18 22:24 | 显示全部楼层
这个就是状态寄存器，状态一旦发生改变，就会发生I2C中断，然后读该寄存器就知道发生了何事。
下图就是I2C作为Master和Slave时各个状态的含义表格：
33333333.png
0xF8是总线空闲的状态值，也是STATUS寄存器的缺省值。
下面详细介绍一下上表的各个状态。
Master状态介绍：
1)      发送 START 信号成功，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x08
2)      作为 I2C Master 没有发送 STOP 又发送 START 信号成功，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x10
3)      发送地址+W 成功并收到 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x18
4)      发送地址+W 成功并收到 NACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x20
5)      发送数据成功并收到 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x28
6)      发送数据成功并收到 NACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x30
7)      Master发生仲裁失败，发生 I2C中断，STATUS寄存器的值=0x38
8)      发送地址+R 成功并收到 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x40
9)      发送地址+R 成功并收到 NACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x48
10)   收到数据并返回 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x50
11)   收到数据并返回 NACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x58
12)   总线错误，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x00
Slave状态介绍：
1)      收到 RE-START 信号或者 STOP 信号，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0xA0
2)      收到 SLA+R 信号并返回 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0xA8
3)      作为 Master 仲裁失败 HW 会自动转为 Slave，之后收到 SLA+R 信号，发生 I2C 中断， STATUS 寄存器的值=0xB0
4)      发送数据并收到 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0xB8
5)      发送数据并收到 NACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0xC0
6)      从接发送最后一个数据，但是居然收到的是 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值
=0xC8
7)      从接收到 SLA+W 并返回 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x60
8)      作为 Master 仲裁失败 HW 会自动转为 Slave，之后收到 SLA+W 信号，发生 I2C 中断， STATUS 寄存器的值=0x68
9)      收到数据并返回 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x80
10)   收到数据并返回 NACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x88
11)   广播模式收到 SLA+W 并返回 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x70
12)   广播模式仲裁失败，发生 I2C中断，STATUS寄存器的值=0x78

13)   广播模式收到数据并返回 ACK，发生 I2C 中断，STATUS 寄存器的值=0x90

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 楼主| yiy 发表于 2017-4-18 22:25 | 显示全部楼层
知道所有的状态之后，配置好I2C，然后在中断里面查看STATUS寄存器，处理状态就可以了。超时中断是用户设定时间内没有发生状态改变，就会发生超时中断，这个可以防止软件被hold住。
下面是一个读/写EEPROM的例子。照样是先选择用到的IP的时钟源，使能各个IP的时钟，然后配置多功能引脚，然后是I2C IP功能初始化。另外是I2C 的中断处理函数。中断处理函数中根据 STATUS寄存器的值，进行状态处理。只要调用函数I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0,I2C_SI);清除状态改变标志，I2CIP就会自动开始下一个状态。
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  1. 

  2. void I2C0_IRQHandler(void) 
    

  3. { 
    


  4. 

  5.     uint32_t u32Status; 
    

  6.  
    

  7.     /* 清除中断标志 */ 
    

  8.     I2C0->INTSTS |= I2C_INTSTS_INTSTS_Msk; 
    

  9.                  /*取得STATUS寄存器的值*/ 
    

  10.     u32Status = I2C_GET_STATUS(I2C0); 
    

  11.           
    

  12.                  /*检查中断标志*/ 
    

  13.     if (I2C_GET_TIMEOUT_FLAG(I2C0)) {/*发生超时中断*/ 
    

  14.         /* 清除超时中断标志 */ 
    

  15.         I2C_ClearTimeoutFlag(I2C0);     } else {/*状态改变中断*/ 
    

  16.         if (s_I2C0HandlerFn != NULL)             s_I2C0HandlerFn(u32Status); 
    

  17.     } 
    

  18. } 
    

  19.  
    

  20. /*  I2C 接收回调函数                                                                               
    

  21. */ void I2C_MasterRx(uint32_t u32Status) 
    

  22. { 
    

  23.     if (u32Status == 0x08) {        /* START 被发送，准备SLA+W */ 
    

  24.         I2C_SET_DATA(I2C0, (g_u8DeviceAddr << 1)); /* 写 SLA+W 到数据寄存器 I2CDAT */ 
    

  25.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志，I2C IP开始发送SLA+W*/ 
    

  26.     } else if (u32Status == 0x18) {             /* SLA+W 已经发送并且收到ACK */ 
    

  27.         I2C_SET_DATA(I2C0, g_au8TxData[g_u8DataLen++]);/*将要发送的数据写到I2CDAT寄存器*/ 
    

  28.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /* 清除状态改变标志, I2C IP开始发送数据 */ 
    

  29.     } else if (u32Status == 0x20) {             /* SLA+W 已经被发送并且收到NACK */ 
    

  30.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STA | I2C_STO | I2C_SI); /*发送STOP并重新发送START信号*/ 
    

  31.     } else if (u32Status == 0x28) {             /* DATA 已经被发送并且收到ACK */         if (g_u8DataLen != 2) { 
    

  32.             I2C_SET_DATA(I2C0, g_au8TxData[g_u8DataLen++]);/*继续写数据到I2CDAT寄存器*/ 
    

  33.             I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志，I2C IP开始发送数据*/         } else { 
    

  34.             I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STA|I2C_SI);/*清除状态改变标志并再次发送START信号*/         } 
    

  35.     } else if (u32Status == 0x10) {             /* Repeat START 已经被发送，准备SLA+R */ 
    

  36.         I2C_SET_DATA(I2C0, (g_u8DeviceAddr << 1) | 0x01);  /* 写 SLA+R 到I2CDAT寄存器 */ 
    

  37.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志，I2C IP开始发送SLA+R*/ 
    

  38.     } else if (u32Status == 0x40) {             /* SLA+R 已经发送并且收到ACK信号 */ 
    


  39. 

  40.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志,I2C IP准备接收数据*/     } else if (u32Status == 0x58) {             /* DATA 收到并且返回NACK */         g_u8RxData = I2C_GET_DATA(I2C0); /*读取数据*/ 
    

  41.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STO | I2C_SI); /*清除状态改变标志并发送STOP信号*/         g_u8EndFlag = 1; 
    

  42.     } else {         /* TO DO */         printf("Status 0x%x is NOT processed\n", u32Status);     } 
    

  43. } 
    

  44.  
    

  45. /*  I2C 发送回调函数                                                                               
    

  46. */ void I2C_MasterTx(uint32_t u32Status) 
    

  47. { 
    

  48.     if (u32Status == 0x08) {                    /* START 已经发送，准备SLA+W */         I2C_SET_DATA(I2C0, g_u8DeviceAddr << 1);  /* 写 SLA+W 到寄存器 I2CDAT */ 
    

  49.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志，I2C IP开始发送SLA+W */ 
    

  50.     } else if (u32Status == 0x18) {             /* SLA+W 已经发送并且收到ACK信号 */ 
    

  51.         I2C_SET_DATA(I2C0, g_au8TxData[g_u8DataLen++]);/*将要发送的数据写到I2CDAT寄存器*/ 
    

  52.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志，I2C IP开始发送数据*/ 
    

  53.     } else if (u32Status == 0x20) {             /* SLA+W 已经发送但是收到NACK */ 
    

  54.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STA | I2C_STO | I2C_SI); /*发送STOP并重新发送START信号*/ 
    

  55.     } else if (u32Status == 0x28) {             /* DATA已经发送并收到ACK */         if (g_u8DataLen != 3) { 
    

  56.             I2C_SET_DATA(I2C0, g_au8TxData[g_u8DataLen++]);/*将要发送的数据写到I2CDAT寄存器*/ 
    

  57.             I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_SI); /*清除状态改变标志，I2C IP开始发送数据*/         } else { 
    

  58.             I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STO | I2C_SI); /*清除状态改变标志并发送STOP信号*/             g_u8EndFlag = 1; 
    

  59.         } 
    

  60.     } else {         /* TO DO */         printf("Status 0x%x is NOT processed\n", u32Status);     } 
    

  61. }  void SYS_Init(void) 
    

  62. { 
    

  63.     /* Init System Clock */ 
    


  64. 

  65.     /* 解锁保护寄存器 */ 
    

  66.     SYS_UnlockReg(); 
    

  67.  
    

  68.     /* 使能 12MHz HXT, 32KHz LXT 和 HIRC */ 
    

  69.     CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HXT_EN_Msk | CLK_PWRCTL_LXT_EN_Msk | CLK_PWRCTL_HIRC_EN_Msk); 
    

  70.  
    

  71.     /* 等待晶振稳定 */ 
    

  72.     CLK_WaitClockReady(CLK_CLKSTATUS_HXT_STB_Msk | CLK_CLKSTATUS_LXT_STB_Msk | CLK_CLKSTATUS_HIRC_STB_Msk); 
    

  73.  
    

  74.     /*  使能PLL，并且 HCLK 时钟源切为PLL */ 
    

  75.     CLK_SetCoreClock(32000000); 
    

  76.  
    

  77.     /* 选择IP 时钟源，I2C时钟源只能是HCLK */ 
    

  78.     CLK_SetModuleClock(UART0_MODULE, CLK_CLKSEL1_UART_S_HIRC, CLK_UART_CLK_DIVIDER(1)); 
    

  79.     CLK_SetModuleClock(I2C0_MODULE, 0, 0); 
    

  80.  
    

  81.     /* 使能 IP 时钟 */ 
    

  82.     CLK_EnableModuleClock(UART0_MODULE); 
    

  83.     CLK_EnableModuleClock(I2C0_MODULE); 
    

  84.  
    

  85.     /* 重新计算变量PllClock, SystemCoreClock and CycylesPerUs */ 
    

  86.     SystemCoreClockUpdate(); 
    

  87.  
    

  88.     /* Init I/O Multi-function */ 
    

  89.     /* 配置 PB 作为 UART0 RXD and TXD  */ 
    

  90.     SYS->PB_L_MFP &= ~(SYS_PB_L_MFP_PB0_MFP_Msk | SYS_PB_L_MFP_PB1_MFP_Msk); 
    

  91.     SYS->PB_L_MFP |= (SYS_PB_L_MFP_PB0_MFP_UART0_TX | SYS_PB_L_MFP_PB1_MFP_UART0_RX); 
    

  92.  
    

  93.     /* 配置PC0和PC1用作 I2C0 */ 
    

  94.     SYS->PC_L_MFP = (SYS_PC_L_MFP_PC0_MFP_I2C0_SCL | SYS_PC_L_MFP_PC1_MFP_I2C0_SDA);  
    

  95.     /* 重新加锁 */ 
    

  96.     SYS_LockReg(); 
    

  97. }  
    

  98. void I2C0_Init(void) 
    

  99. { 
    

  100.     /* 打开 I2C0 并设置波特率为100k */ 
    


  101. 

  102.     I2C_Open(I2C0, 100000); 
    

  103.  
    

  104.     /* 打印I2C0 总线时钟 */ 
    

  105.     printf("I2C clock %d Hz\n", I2C_GetBusClockFreq(I2C0)); 
    

  106.  
    

  107.     /* 设置2个 I2C0 从机地址，如果做从机的话，就用这个函数设置从接地址 */ 
    

  108.     I2C_SetSlaveAddr(I2C0, 0, 0x15, I2C_GCMODE_DISABLE);   /* Slave Address : 0x15 */     I2C_SetSlaveAddr(I2C0, 1, 0x35, I2C_GCMODE_DISABLE);   /* Slave Address : 0x35 */ 
    

  109.  
    

  110.     /* 使能 I2C0 中断 */ 
    

  111.     I2C_EnableInt(I2C0); 
    

  112.     NVIC_EnableIRQ(I2C0_IRQn); 
    

  113. } 
    

  114. /*  Main Function                                                                                     
    

  115. */ int32_t main (void) 
    

  116. {     uint32_t i; 
    

  117.  
    

  118.     /* 初始化系统并配置多功能引脚 */ 
    

  119.     SYS_Init(); 
    

  120.  
    

  121.     /* Init UART to 115200-8n1 for print message */ 
    

  122.     UART_Open(UART0, 115200); 
    

  123.  
    

  124.     /*         该例程设置I2C 总线时钟为100kHz. 然后, 访问 EEPROM 24LC64 进行Byte Write         和Byte Read 操作, 并检查读到的数据是否等于写入的数据. 
    

  125.     */      printf("+-------------------------------------------------------+\n");     printf("|    Nano1x2 Series I2C Sample Code with EEPROM 24LC64  |\n");     printf("+-------------------------------------------------------+\n");  
    

  126.     /* 初始化 I2C0 访问 EEPROM */ 
    

  127.     I2C0_Init(); 
    

  128.           
    

  129. /* EEPROM从机地址为0x50 */     g_u8DeviceAddr = 0x50; 
    

  130.           
    


  131. 

  132. /*地址0写入3，地址1写入4，然后读回比较*/ 
    

  133.     for (i = 0; i < 2; i++) {         g_au8TxData[0] = (uint8_t)((i & 0xFF00) >> 8);         g_au8TxData[1] = (uint8_t)(i & 0x00FF);         g_au8TxData[2] = (uint8_t)(g_au8TxData[1] + 3); 
    

  134.          g_u8DataLen = 0;         g_u8EndFlag = 0; 
    

  135.  
    

  136.         /* 写数据到EEPROM */         s_I2C0HandlerFn = (I2C_FUNC)I2C_MasterTx; 
    

  137.  
    

  138.         /* I2C 作为Master发送 START信号 */ 
    

  139.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STA); 
    

  140.  
    

  141.         /* 等待 I2C 发送完成 */         while (g_u8EndFlag == 0);         g_u8EndFlag = 0; 
    

  142.  
    

  143.         /* 从EEPROM读数据 */         s_I2C0HandlerFn = (I2C_FUNC)I2C_MasterRx; 
    

  144.          g_u8DataLen = 0;         g_u8DeviceAddr = 0x50; 
    

  145.                    
    

  146. /* I2C 作为Master发送 START信号 */ 
    

  147.         I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0, I2C_STA); 
    

  148.  
    

  149.         /* 等待I2C 接收完成 */         while (g_u8EndFlag == 0); 
    

  150.  
    

  151.         /* 比较数据 */ 
    

  152.         if (g_u8RxData != g_au8TxData[2]) {             printf("I2C Byte Write/Read Failed, Data 0x%x\n", g_u8RxData);             return -1; 
    

  153.         }     }     printf("I2C Access EEPROM Test OK\n"); 
    

  154.  
    

  155.     return 0; 
    

  156. } 
    

  157.   
    

  158.


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 楼主| yiy 发表于 2017-4-18 22:27 | 显示全部楼层
总结上面I2C_MasterRx的流程为：
1)      I2C_SET_CONTROL_REG(I2C0,I2C_STA); 发送 START信号，之后该 I2CIP 就作为 Master
2)      发生 I2C 中断，STATUS=0x08，表示 START 信号发送成功，然后软件写 I2CDAT寄存器，发送 I2C地址+W给 EEPROM
3)      发生 I2C 中断，STATUS=0x18，表示 SLA+W 发送成功并收到 ACK，然后发送高位地址给
EEPROM
4)      发生 I2C 中断，STATUS=0x28，表示高位地址发送成功并收到 ACK，然后发送低位地址给
EEPROM
5)      发生 I2C 中断，STATUS=0x28，表示低位地址发送成功并收到 ACK，然后再次发送 START 信号——RepeatSTART
6)      发生 I2C 中断，STATUS=0x10，表示 Repeat START发送成功，然后发送 I2C地址+R给 EEPROM
7)      发生 I2C 中断，STATUS=0x40，表示 SLA+R 发送成功，并收到 ACK，然后不设 ACK bit，将回 NACK 给 EEPROM
8)      发生 I2C 中断，STATUS=0x58，收到 EEPROM 返回的数据并回 NACK 给 EEPROM
把这个流程对应I2C_MasterRx函数仔细看一下，相信不难懂。发送的流程也类似，在此就不再赘述。

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xixi2017 发表于 2017-4-18 22:41 | 显示全部楼层
这个协议一直没有学好，保存下来慢慢看。
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玛尼玛尼哄 发表于 2017-4-19 11:06 | 显示全部楼层
I2C属于那种硬件结构简单，但是软件结构复杂的类型。
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玛尼玛尼哄 发表于 2017-4-19 14:50 | 显示全部楼层
请求 I2C IP 发送 START 信号。一旦发送成功，该 I2C就作为 I2CMaster
看来这个Master是谁先发开始信号谁就是master
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huangcunxiake 发表于 2017-4-19 15:37 | 显示全部楼层
两根线的操作当然需要精细的打算，毕竟不用那个按照同样约定的波特率传，这个比232优秀，算法复杂点而已。
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简单happy 发表于 2017-4-19 20:18 | 显示全部楼层

这个协议一直没有学好，保存下来慢慢看。
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 楼主| yiy 发表于 2017-4-19 22:16 | 显示全部楼层
我发这个贴绝对的好东西，收藏了很久，认真读过的。
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wahahaheihei 发表于 2017-4-19 23:34 | 显示全部楼层
用寄存器操作，那就要掌握熟练整个过程。
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zhangwan9301 发表于 2017-9-6 17:28 | 显示全部楼层
mark
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zhuotuzi 发表于 2017-9-6 21:01 | 显示全部楼层
时序研究一下就好了。
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wahahaheihei 发表于 2017-9-6 21:02 | 显示全部楼层
时序图是GPIO 模拟的时候用的多，不过学会了这个，寄存器操作上也方便
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a1024159443 发表于 2017-9-30 11:19 | 显示全部楼层
为什么那个发送数组里有3个数字？第0个和第1个数据起什么作用?
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wanduzi 发表于 2017-9-30 20:34 | 显示全部楼层
I2C和CAN是我认为最那个难搞的接口。
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wahahaheihei 发表于 2017-10-1 14:02 | 显示全部楼层
教程很详细，不知道这个怎么处理中断和同时发送接收的。
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xinpian101 发表于 2017-10-2 22:49 来自手机 | 显示全部楼层
虽占用，但是比自带的好用，总之，整个过程在自己控制范围内。
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heisexingqisi 发表于 2017-10-3 09:57 | 显示全部楼层
第一步，电路不能搞错了，要把电路搞好了，再研究代码
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heisexingqisi 发表于 2017-10-3 09:57 | 显示全部楼层
不少人查问题，代码找不到毛病，最后就是硬件没弄对。
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