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[STM8] STM8L051的硬件I2C调试

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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
I2c, ST, STM, STM8, 硬件
I2C是现代一种极为常见的低速外设通信协议，比起SPI或者UART，它最大的优势应该就是节省芯片管脚了：理论上只要地址够用，多少外设挂I2C总线上都没问题，只占两个管脚。但也因此，I2C的协议就相对复杂一些，以面对多个外设。同时，过多的外设也使得通信速率难以提升，一般只在100kbps或以下。本文不专门介绍I2C的时序和协议，而介绍我在调试STM8L051的硬件I2C的过程以及遇到的问题，和大家分享。

我的实验电路由两个独立的STM8L051模块组成，做一发一收。这两个模块的电路是我自己设计的，通过排针插在面包板上，如图所示。这两个芯片的硬件I2C在PC0和PC1，将他们连起来并用4.7K电阻上拉（请原谅我没有直插电阻然后用贴片凑合的无奈T T）。右边是做接收的模块，将它的串口接出好观察结果（我非常喜欢用串口调试，几乎拿到什么板子，第一件事情就是把串口先调出来）。

20180823011915629.jpg
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「HanMenglin」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/linmh0130/article/details/81953688

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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:38 | 显示全部楼层
首先是用库函数进行开发还是直接写寄存器编程的问题。因为懒，我个人更喜欢用库函数，这次调试也是用库函数编程。其实我感觉意法半导体的单片机（尤其STM32）能够流行，其设计合理的库函数是一个关键原因。另外ST官方也为库函数写了大量的例程，使得参考和移植都会方便。但使用库函数其实会运行很多没必要的代码，以及各种函数调用，都会耗费时间和存储资源，在资源本身就紧张8位单片机上用库函数其实是很低效的。我一个师兄表示他在STM8上一直都是直接写寄存器。
ST官方库函数的例程中，有两个板子对通的程序，他的设计是，先进行主机发送、从机接收，然后从机发送，主机接收，主机收回后比较数据，判断传输是否有误。为了方便研究，我将例程分开，分别测试主发从收和主收从发两个过程。
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:38 | 显示全部楼层
一、 主机发送，从机接收
为了观看传输结果，我会事先配置串口。串口配置程序和串口输出字符串程序如下：

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  1. void USART_Config(void)
    

  2. {
    

  3.   USART_DeInit(USART1); // DeInit
    

  4.   CLK_PeripheralClockConfig(CLK_Peripheral_USART1, ENABLE); // SysClk for USART1
    

  5.   SYSCFG_REMAPPinConfig(REMAP_Pin_USART1TxRxPortA, ENABLE); // Remap TX on PA2 and RX on PA3
    

  6.   USART_Init(USART1, (uint32_t)9600, USART_WordLength_8b, USART_StopBits_1, \
    

  7.              USART_Parity_No, USART_Mode_Tx);
    

  8.   USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    

  9. }
    

  10. void UART_SendStr(char *str)
    

  11. {
    

  12.   int i = 0;
    

  13.   for(i=0;str[i]!=0;i++)
    

  14.   {
    

  15.     while (!(USART1->SR & 0x80));   /* wait for READY */
    

  16.     USART_SendData8(USART1,str[i]);
    

  17.   }
    

  18. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:39 | 显示全部楼层
程序中串口被remap到了PA2和PA3，这主要是因为STM8L051芯片没有PC2和PC3，所以必须remap。波特率设为9600，只进行输出，不提供中断。
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:39 | 显示全部楼层
STM8L的硬件I2C在其参考手册RM0031中有详细的叙述（https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/reference_manual/2e/3b/8c/8f/60/af/4b/2c/CD00218714.pdf/files/CD00218714.pdf/jcr:content/translations/en.CD00218714.pdf ）。为了方便，我只实现7位地址的I2C通信。
在主发从收通信中，主机会遇到的事件包括EV5（发送完START bit）、EV6（发送完从机地址并收到ACK）、EV8（TXE，发送寄存器空，即发送了一个字节）和EV8_2（发送完成）。
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:39 | 显示全部楼层
主机在中断中处理这些问题。I2C设置代码如下：
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  1. void I2C_Config(void)
    

  2. {
    

  3.   CLK_PeripheralClockConfig(CLK_Peripheral_I2C1, ENABLE);
    

  4.   I2C_DeInit(I2C1);
    

  5.   I2C_Init(I2C1, 100000, 0xA0,
    

  6.            I2C_Mode_I2C, I2C_DutyCycle_2,
    

  7.            I2C_Ack_Enable, I2C_AcknowledgedAddress_7bit);
    

  8.   I2C_ITConfig(I2C1, (I2C_IT_TypeDef)(I2C_IT_EVT | I2C_IT_BUF), ENABLE);
    

  9. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:39 | 显示全部楼层
要发送数据时，I2C先发送开始符号，然后等待发送完成：
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  1. I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE); // Start and into Master Mode
    

  2. while(NumOfBytes); // Wait for all bytes have been transmitted
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:39 | 显示全部楼层
主机的中断服务程序在官方样例基础上缩减：
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  1. #define SLAVE_ADDRESS 0x30
    

  2. __IO uint8_t TxBuffer[32] = "Get it!\n";
    

  3. __IO uint8_t NumOfBytes = 9;
    

  4. __IO uint8_t Tx_Idx =0;
    

  5. INTERRUPT_HANDLER(I2C1_SPI2_IRQHandler,29)
    

  6. {
    

  7.     switch (I2C_GetLastEvent(I2C1))
    

  8.   {
    

  9.       /* EV5 */
    

  10.     case I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT :
    

  11.       /* Send slave Address for write */
    

  12.       I2C_Send7bitAddress(I2C1, SLAVE_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);
    

  13.       break;
    


  14. 

  15.       /* EV6 */
    

  16.     case I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED:
    

  17.       if (NumOfBytes != 0)
    

  18.       {
    

  19.         /* Send the first Data */
    

  20.         I2C_SendData(I2C1, TxBuffer[Tx_Idx++]);
    


  21. 

  22.         /* Decrement number of bytes */
    

  23.         NumOfBytes--;
    

  24.       }
    

  25.       if (NumOfBytes == 0)
    

  26.             {
    

  27.         I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_BUF, DISABLE);
    

  28.       }
    

  29.       break;
    


  30. 

  31.       /* EV8 */
    

  32.     case I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING:
    

  33.       /* Transmit Data */
    

  34.       I2C_SendData(I2C1, TxBuffer[Tx_Idx++]);
    


  35. 

  36.       /* Decrement number of bytes */
    

  37.       NumOfBytes--;
    


  38. 

  39.       if (NumOfBytes == 0)
    

  40.       {
    

  41.         I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_BUF, DISABLE);
    

  42.       }
    

  43.       break;
    


  44. 

  45.       /* EV8_2 */
    

  46.     case I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED:
    

  47.       /* Send STOP condition */
    

  48.       I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
    

  49.       I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_EVT, DISABLE);
    

  50.       break;
    


  51. 

  52.     default:
    

  53.       break;
    

  54.   }
    

  55. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:40 | 显示全部楼层
从机的接收过程更为简单。从机设置时将I2C地址设置为0x30（主机向0x30发送信息）,其他和主机相同，然后开启中断等待即可。从机接收过程中遇到的事件有EV1（收到主机发送的本机地址）、EV2（收到一个字节数据）和EV4（停止传输）。其中断服务程序也就是为这些事件准备的：
复制
  1. __IO uint8_t Slave_Buffer_Rx[32];
    

  2. __IO uint8_t Rx_Idx = 0;
    

  3. __IO uint16_t Event = 0x00;
    

  4. uint8_t RecvFlag = 0;
    


  5. 

  6. INTERRUPT_HANDLER(I2C1_SPI2_IRQHandler,29)
    

  7. {
    

  8.     Event = I2C_GetLastEvent(I2C1);
    

  9.   switch (Event)
    

  10.   {
    

  11.       /******* Slave transmitter ******/
    

  12.       /* check on EV1 */
    

  13.     case I2C_EVENT_SLAVE_TRANSMITTER_ADDRESS_MATCHED:
    

  14.       break;
    


  15. 

  16.       /* check on EV3 */
    

  17.     case I2C_EVENT_SLAVE_BYTE_TRANSMITTING:
    

  18.       break;
    

  19.       /******* Slave receiver **********/
    

  20.       /* check on EV1*/
    

  21.     case I2C_EVENT_SLAVE_RECEIVER_ADDRESS_MATCHED:
    

  22.       break;
    


  23. 

  24.       /* Check on EV2*/
    

  25.     case I2C_EVENT_SLAVE_BYTE_RECEIVED:
    

  26.       Slave_Buffer_Rx[Rx_Idx++] = I2C_ReceiveData(I2C1);
    

  27.       break;
    


  28. 

  29.       /* Check on EV4 */
    

  30.     case (I2C_EVENT_SLAVE_STOP_DETECTED):
    

  31.             /* write to CR2 to clear STOPF flag */
    

  32.             I2C1->CR2 |= I2C_CR2_ACK;
    

  33.             RecvFlag = 1;
    

  34.       break;
    


  35. 

  36.     default:
    

  37.       break;
    

  38.   }
    

  39. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:40 | 显示全部楼层
程序中，我用RecvFlag标记接收完成，主程序在RecvFlag为1时，将收到的字符串从串口发出。主机发来的是“Get it!\n”，从串口看到结果如下图所示（发送了2次）：
8718664e1c361b4ea8.png
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:40 | 显示全部楼层
二、主机接收，从机发送
官方例程中的主机接收代码没有用中断，我这里也如此操作，以后有时间再试试主机中断接收。主机设置代码为：
复制
  1. void I2C_Config(void)
    

  2. {
    

  3.   CLK_PeripheralClockConfig(CLK_Peripheral_I2C1, ENABLE);
    

  4.   I2C_DeInit(I2C1);
    

  5.   I2C_Init(I2C1, 100000, 0xA0,
    

  6.            I2C_Mode_I2C, I2C_DutyCycle_2,
    

  7.            I2C_Ack_Enable, I2C_AcknowledgedAddress_7bit);
    

  8. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:40 | 显示全部楼层
在主机接收过程中，其实传输进程还是主机控制的。在开始传输后，经历EV5、EV6、EV7（主机接收到从机一个字节数据）和EV7_1（主机接收从机最后一个字节），在main()函数中运行如下代码来传输：
复制
  1. while (I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));
    

  2. I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE); // Start and into Master Mode
    

  3. /* Test on EV5 and clear it */
    

  4. while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
    

  5. /* Send slave Address for write */
    

  6. I2C_Send7bitAddress(I2C1, SLAVE_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);
    

  7. /* Test on EV6 and clear it */
    

  8. while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));
    

  9. /* While there is data to be read */    
    

  10. while(NumOfBytes)
    

  11. {
    

  12.   /* The last bytes need STOP but not ACK */
    

  13.   if (NumOfBytes == 1)
    

  14.   {
    

  15.     /* Disable Acknowledgement */
    

  16.     I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);
    


  17. 

  18.     /* Send STOP Condition */
    

  19.     I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
    


  20. 

  21.     /* Poll on RxNE Flag */
    

  22.     while ((I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_RXNE) == RESET));
    

  23.     /* Read a byte */
    

  24.     RxBuffer[Rx_Idx++] = I2C_ReceiveData(I2C1);
    

  25.     /* Decrement the read bytes counter */
    

  26.     NumOfBytes--;
    

  27.   }
    

  28.   /* Test on EV7 and clear it */
    

  29.   if (I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED) )
    

  30.   {
    

  31.     /* Read a byte */
    

  32.     RxBuffer[Rx_Idx++] = I2C_ReceiveData(I2C1);
    

  33.     /* Decrement the read bytes counter */
    

  34.     NumOfBytes--;
    

  35.   }
    

  36. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:41 | 显示全部楼层
代码中，在收到最后一个字节（NumOfBytes == 1）时将ACK Disable并发送STOP结束传输过程。
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:41 | 显示全部楼层
在从机发射端，依然使用中断来处理发送过程，从机设置和前一节相同。从机发射要经历EV1、EV3（TXE=1，发送寄存器空，发送了一个字节数据）和EV3_2（AF=1，未收到ACK）中断处理代码如下：
复制
  1. INTERRUPT_HANDLER(I2C1_SPI2_IRQHandler,29)
    

  2. {
    

  3. /* check on EV3_2 */
    

  4. if (I2C_ReadRegister(I2C1, I2C_Register_SR2))
    

  5.   {
    

  6.     /* Clears SR2 register */
    

  7.     I2C1->SR2 = 0;
    

  8.   }
    

  9. Event = I2C_GetLastEvent(I2C1);
    

  10.   switch (Event)
    

  11.   {
    

  12.       /******* Slave transmitter ******/
    

  13.       /* check on EV1 */
    

  14.     case I2C_EVENT_SLAVE_TRANSMITTER_ADDRESS_MATCHED:
    

  15.         Tx_Idx = 0;
    

  16.       break;
    


  17. 

  18.       /* check on EV3 */
    

  19.     case I2C_EVENT_SLAVE_BYTE_TRANSMITTING:
    

  20.         I2C_SendData(I2C1, Slave_Buffer_Tx[Tx_Idx++]);
    

  21.       break;
    

  22.       /******* Slave receiver **********/
    

  23.       /* check on EV1*/
    

  24.     case I2C_EVENT_SLAVE_RECEIVER_ADDRESS_MATCHED:
    

  25.       break;
    


  26. 

  27.       /* Check on EV2*/
    

  28.     case I2C_EVENT_SLAVE_BYTE_RECEIVED:
    

  29.       break;
    


  30. 

  31.       /* Check on EV4 */
    

  32.     case (I2C_EVENT_SLAVE_STOP_DETECTED):
    

  33.       break;
    


  34. 

  35.     default:
    

  36.       break;
    

  37.   }
    

  38. }
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:41 | 显示全部楼层
STM8L的从机发送的结束机制值得好好吐槽一下。我看到有网络上帖子说主收从发只能收一次，我之前也删掉了if (I2C_ReadRegister(I2C1, I2C_Register_SR2))这个判断，因为I2C_SR2其实是个错误寄存器，我想传输没错误的话应该就不用管它了，然后就只能传一次。直到再次读手册RM0031，看到 EV3-2: AF=1, AF is cleared by writing ‘0’ in AF bit of SR2 register.这句话，AF是Acknowledge Failure，也就是说，它其实是根据没收到ACK来判断传输结束的……将这个寄存器清零后，硬件I2C恢复初始状态。
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 楼主| lvuu 发表于 2023-8-20 15:41 | 显示全部楼层
最后验证，从机发送Got it!\n，主机收到发送到电脑上结果为：

8569864e1c3b71bf5c.png
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Bowclad 发表于 2023-8-21 22:14 | 显示全部楼层
现在STM8用的人好像挺少了
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liliang9554 发表于 2023-8-22 22:11 | 显示全部楼层
资源本身就紧张8位单片机上用库函数其实是很低效的
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MessageRing 发表于 2023-8-23 20:47 | 显示全部楼层
直接用寄存器的门槛还是挺高的
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tpgf 发表于 2023-9-11 09:37 | 显示全部楼层
如果微微的改动一下通讯速率 还能稳定通讯吗
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