本帖最后由 ArterySW 于 2023-10-30 13:43 编辑
AT32F402_405 I2C使用指南
前言
AT32 的I2C 总线接口用于处理微控制器和串行I2C 总线之间的通信，支持主机和从机模式，支持唤醒深睡眠模式，最大通信速度为1Mbit/s(增强快速模式fast mode plus)。本文主要就I2C 总线接口的基本功能进行讲解和案列解析。
支持型号列表：
AT32F402xxAT32F405xx
1 I2C 接口简介
I2C 接口是由数据线SDA 和时钟线SCL 构成，在标准模式下通信速度可达到100kHz，快速模式下则可以达到400kHz，增强快速模式可达到1MHz。一帧数据传输从开始信号开始，在结束信号后停止，在收到开始信号后总线被认为是繁忙的，当收到结束信号后，总线被认为再次空闲。I2C 接口具有主机和从机模式、多主机功能、可编程建立和保持时间、时钟延展功能、DMA 存取数据、支持SMBus 2.0 协议等特点。
图1. I2C 框图
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2 I2C 接口通信
2.1 主机通信流程
2.1.1 主机通信初始化
1. 主机时钟初始化
在启动外设(I2CEN)之前，必须先设置I2Cx_CLKCTRL 寄存器的各个位用以配置I2C 主时钟。
― DIV[7：0]：I2C 时钟分频；
― SDAD[3：0]：数据保持时间（tHD;DAT）
― SCLD[3：0]：数据建立时间（tSU;DAT）
― SCLH[7：0]：SCL 高电平时间
― SCLL[7：0]：SCL 低电平时间
该寄存器的配置可以使用Artery_I2C_Timing_Configuration 时钟配置工具计算，见第三章节。
低电平控制：当检测到SCL 总线为低电平时，内部SCLL 计数器开始计数，当计数值达到SCLL 值时，释放SCL 线，SCL 线变为高电平。
高电平控制：当检测到SCL 总线为高电平时，内部SCLH 计数器开始计数，当计数值达到SCLH 值时，拉低SCL 线，SCL 线变为低电平，当在高电平期间，如果被外部总线拉低，那么内部SCLH 计数器停止计数，并开始低电平计数，这为时钟同步提供了条件。
图2. 主机时钟的产生
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2. 主机通信初始化
在启动通讯前须先设定I2C_CTRL2 寄存器中的几项参数：
1) 设置传输字节数
― ≤255 字节
配置I2C_CTRL2 的RLDEN=0，关闭重载模式
配置I2C_CTRL2 的CNT[7:0]=N
― ＞255 字节
配置I2C_CTRL2 的RLDEN=1，使能重载模式
配置I2C_CTRL2 的CNT[7:0]=255
剩余传输字节数N=N-255
2) 设置传输结束模式
― ASTOPEN=0：软件结束模式，当数据传输完成后，I2C_STS 的TDC 标志置1，软件设置GENSTOP=1 或者GENSTART=1，发送STOP 条件或者START 条件。
― ASTOPEN=1：自动结束模式，当数据传输完成后，自动发送STOP 条件。
3) 设置从机地址
― 设置寻址的从机地址值（I2C_CTRL2 的SADDR）
― 设置从机地址模式（I2C_CTRL2 的ADDR10）
ADDR10=0：7 位地址模式
ADDR10=1：10 位地址模式
4) 设置传输方向（I2C_CTRL2 的DIR）
― DIR=0：主机接收数据
― DIR=1：主机发送数据
5) 开始传输
设置I2C_CTRL2 的GENSTART=1，主机开始在总线上发送START 条件和从机地址。
3. 主机10 bits 寻址的特殊时序初始化
在10 位地址传输模式下，I2C_CTRL2 的READH10 用于产生特殊时序，当READH10=1 时，支持如下传输序：主机先发送数据给从机，然后再从从机读取数据，传输时序图如下图所示：
图3. 10 位地址的读访问 READH10 = 1
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主机在软件结束模式（ASTOPEN = 0）下，发送数据到从机，当数据发送完成后设置READH10=1，然后再从从机接收数据。
图4. 10 位地址的读访问 READH10 = 0
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2.1.2 主机通信初始化软件接口
主机通信初始化所用到的软件接口通过独立的函数接口实现，如下： void i2c_init(i2c_type *i2c_x, uint8_t dfilters, uint32_t clk); /* 主机时钟初始化 */
void i2c_transmit_set(i2c_type *i2c_x, uint16_t address, uint8_t cnt, i2c_reload_stop_mode_type rld_stop,
i2c_start_stop_mode_type start_stop); /* 主机通信初始化 */
void i2c_addr10_mode_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state); /* 10 位地址使能 */
void i2c_addr10_header_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state); /* 10 位地址头读取时序使能 */
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图6. I2C 主机发送时序图
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2.1.4 主机发送流程软件接口
主机发送通过独立的函数接口实现，如下：i2c_status_type i2c_master_transmit(i2c_handle_type* hi2c, uint16_t address, uint8_t* pdata, uint16_t size,
uint32_t timeout);
i2c_master_transmit 函数为i2c_application.c 文件所提供的应用层接口函数，参数包括：I2C 结构体
指针、从机地址、发送数据指针、发送数据字节数和函数超时时间。
注：此函数为Artery 所提供的标准主机发送函数。用户也可根据前述主机发送流程，自行编写主机
发送函数。
2.1.5 主机接收流程
1) 当收到数据后，RDBF=1，读取RXDT 数据寄存器，RDBF 被自动清零；
2) 重复步骤2 直到接收CNT[7:0]个数据；
3) 如果此时I2C_STS 的TCRLD=1（重载模式），分为以下两种情况：
― 剩余字节数N>255：向CNT 写入255，N=N-255，TCRLD 被自动清0，传输继续；
― 剩余字节数N≤255：关闭重载模式（RLDEN=0），向CNT 写入N，TCRLD 被自动清0，
传输继续。
4) 当在接收到最后一个字节时，主机会自动发送一个NACK。
5) 结束时序
― 停止条件产生：
软件结束模式（ASTOPEN=0）：此时I2C_STS 的TDC 置1，设置GENSTOP=1 产生
STOP 条件；
自动结束模式（ASTOPEN=1）：自动产生STOP 条件。
― 等待产生STOP 条件，当STOP 条件产生时，I2C_STS 的STOPF 置1，将I2C_CLR 的
STOPC 写1，清除STOPF 标志，传输结束。
图7. I2C 主机接收流程图
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图8. I2C 主机接收时序图
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2.1.6 主机接收流程软件接口
主机接收通过独立的函数接口实现，如下：i2c_status_type i2c_master_receive(i2c_handle_type* hi2c, uint16_t address, uint8_t* pdata, uint16_t size,
uint32_t timeout);
i2c_master_receive 函数为i2c_application.c 文件所提供的应用层接口函数，参数包括：I2C 结构体
指针、从机地址、接收数据指针、接收数据字节数和函数超时时间。
注：此函数为Artery 所提供的标准主机接收函数。用户也可根据前述主机接收流程，自行编写主机
接收函数。
更多详细内容和案例代码请参考附件： |
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