STM32硬件I2C与软件模拟I2C超详解

只看该作者 · 2022-10-18 23:41

一.I2C协议简介
I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备（那些电平转化芯片），现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
I2C只有一跟数据总线 SDA(Serial Data Line)，串行数据总线，只能一位一位的发送数据，属于串行通信，采用半双工通信
半双工通信：可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替进行，其实也可以理解成一种可以切换方向的单工通信，同一时刻必须只能一个方向传输，只需一根数据线.
对于I2C通讯协议把它分为物理层和协议层物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性（硬件部分），确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准（软件层面）。

只看该作者 · 2022-10-18 23:44

二.I2C物理层
I2C 通讯设备之间的常用连接方式

(1) 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线SDA（Serial Data Line ），一条串行时钟线SCL（Serial Data Line ）。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步
(3) 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

只看该作者 · 2022-10-18 23:48

什么是普通的开漏输出详情请参考–》GPIO端口的八种工作模式

开漏输出PMOS不工作
1.当输出寄存器输出高电平，引脚输出高阻态相当于（开路），假设该引脚接到I2C的SDA总线上，则总线被默认拉成高电平。
2.当输出寄存器输出低电平，引脚输出低电平。

只看该作者 · 2022-10-18 23:55

复用功能开漏输出

只看该作者 · 2022-10-18 23:57

复用功能开漏输出
复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏模式，但是输出信号源于其它外设（来自I2C外设），输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输入可用，可以通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号
这里SMT32，I2C外设的两个引脚SDA,SCL就要配置成复用功能的开漏输出模式，输出信号源于I2C外设。

只看该作者 · 2022-10-18 23:58

为什么引脚要设置成开漏模式
以及为什么两根总线要上拉电阻接高电平，总线默认情况是高电平，详情看下图。

为什么要设备空闲的时候SDA与SCL引脚要输出高阻态（相当于断开与SDA与SCL总线的连接），根本目的就是为了不干扰其他正在通信的设备。

只看该作者 · 2022-10-18 23:58

(4) 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线，也就是设备在发送数据之前会检测I2C总线是否忙碌（忙碌总线应该为低电平）。
(5）I2C 具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。
每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问的，地址也是一个数据，主机可以同过SDA发送这个地址出去，则挂载在总线上的设备会自行匹配，匹配成功之后就可以互相通信了