在嵌入式系统中，与外部设备进行数据交换是常见的需求。
GD32E230微控制器支持多种常用的通信协议，如 I2C、SPI、CAN 等，能够与各种外部设备进行高效的通信。
下面我们将探讨如何使用这些通信协议与外部设备进行数据交换，并提供相应的代码示例。
I2C通信协议
I2C是一种串行总线协议，广泛用于连接低速外设，如传感器、时钟芯片、EEPROM等。I2C支持多主机和多从机模式，通信速度通常较慢如100 kHz、400 kHz，适用于短距离低速通信。
I2C配置与通信
假设我们使用I2C与一个温湿度传感器如DHT22或SHT30进行通信。下面是配置I2C和与外部设备进行数据交换的基本步骤。
配置I2C引脚
首先，配置GPIO引脚为I2C的复用功能。假设我们使用SCL连接到PB6，SDA连接到PB7。
c
// 启用GPIOB和I2C时钟
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C1);
// 配置PB6为I2C1时钟线SCL，PB7为I2C1数据线SDA
gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
配置I2C外设
c
void i2c_init_config(void) {
i2c_parameter_struct i2c_init_struct;
// 配置I2C参数
i2c_init_struct.i2c_speed = I2C_SPEED_FAST; // 快速模式
i2c_init_struct.i2c_mode = I2C_MODE_I2C;
i2c_init_struct.i2c_own_address = 0xA0; // 设置从机地址（假设是0xA0）
i2c_init_struct.i2c_address_mode = I2C_ADDRESS_MODE_7BIT;
i2c_init(I2C1, &i2c_init_struct);
i2c_enable(I2C1); // 启用I2C1
}
发送和接收数据
与I2C设备通信时，通常会发送一个起始信号、地址以及数据。以下代码示例展示了如何读取一个I2C从机设备的数据。
c
uint8_t i2c_read_byte(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr) {
uint8_t received_data;
// 发送起始信号，设备地址和寄存器地址
i2c_master_transmit(I2C1, device_addr, ®_addr, 1, I2C_ACK_ENABLE);
// 从设备读取数据
i2c_master_receive(I2C1, device_addr, &received_data, 1, I2C_ACK_DISABLE);
return received_data;
}
SPI通信协议
SPI是一种高速串行通信协议，常用于与传感器、显示屏、存储设备等进行通信。SPI是全双工通信，具有较高的速度（常见频率有1 MHz、10 MHz、25 MHz等），适用于需要高速数据传输的应用。
SPI配置与通信
假设我们与一个外部传感器通过SPI进行数据交换。
配置SPI引脚
配置SPI引脚为适合的复用模式。假设我们使用SCK连接到PA5，MISO连接到PA6，MOSI连接到PA7。
c
// 启用GPIOA和SPI时钟
rcu_periph_clock_enable(RCPU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCPU_SPI1);
// 配置PA5为SPI1时钟线SCK，PA6为MISO，PA7为MOSI
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7);
配置SPI外设
c
void spi_init_config(void) {
spi_parameter_struct spi_init_struct;
// SPI参数配置
spi_init_struct.spi_trans_mode = SPI_MODE_0; // 模式0（CPOL=0，CPHA=0）
spi_init_struct.spi_baud_rate = SPI_BAUDRATE_PRESCALER_16; // 波特率分频器
spi_init_struct.spi_datatype = SPI_DATA_SIZE_8BIT; // 8位数据
spi_init_struct.spi_endian = SPI_ENDIAN_MSB; // MSB优先
spi_init(SPI1, &spi_init_struct); // 初始化SPI1
spi_enable(SPI1); // 启用SPI1
}
发送和接收数据
与SPI设备通信时，发送和接收数据是同时进行的。以下是与外部SPI设备进行通信的代码示例。
c
void spi_send_receive(uint8_t data_to_send, uint8_t *received_data) {
// 发送数据
spi_i2s_data_transmit(SPI1, data_to_send);
// 等待接收数据
while (spi_i2s_flag_get(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RBNE) == RESET);
// 接收数据
*received_data = spi_i2s_data_receive(SPI1);
}
CAN通信协议
CAN是一种广泛用于汽车、工业控制等领域的通信协议。
它支持多主机通信，具有高抗干扰能力。
CAN通常用于需要在多个设备间进行数据交换的应用。
CAN配置与通信
假设我们使用CAN与一个外部设备进行数据交换。
配置CAN引脚
假设我们使用CAN1_RX连接到PA11，CAN1_TX连接到PA12。
c
// 启用GPIOA和CAN时钟
rcu_periph_clock_enable(RCPU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCPU_CAN1);
// 配置PA11为CAN1接收线，PA12为CAN1发送线
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12);
配置CAN外设
c
void can_init_config(void) {
can_init_parameter_struct can_init_struct;
// 配置CAN初始化结构
can_init_struct.can_mode = CAN_MODE_NORMAL; // 正常模式
can_init_struct.can_sjw = CAN_SJW_1TQ; // 重同步跳跃宽度
can_init_struct.can_baudrate = CAN_BAUDRATE_500K; // 波特率500kbps
can_init_struct.can_prescaler = 6; // 预分频器
can_init(CAN1, &can_init_struct);
}
发送和接收数据
CAN的发送和接收数据需要配置CAN报文对象，并通过过滤器来选择接收的消息。
c
复制
编辑
void can_send_message(uint32_t id, uint8_t *data, uint8_t length) {
can_trasmit_message_struct transmit_message;
// 设置CAN发送报文
transmit_message.id = id;
transmit_message.length = length;
memcpy(transmit_message.data, data, length);
// 发送CAN报文
can_transmit(CAN1, &transmit_message);
}
void can_receive_message(uint32_t *id, uint8_t *data, uint8_t *length) {
can_receive_message_struct receive_message;
// 接收CAN报文
if (can_receive(CAN1, &receive_message)) {
*id = receive_message.id;
*length = receive_message.length;
memcpy(data, receive_message.data, *length);
}
}
4. 总结
I2C：适用于低速、短距离的通信，常用于传感器、时钟、EEPROM等设备。适用于需要多个设备共用同一总线的场合。
SPI：适用于高速数据传输，常用于显示屏、传感器等外设。全双工通信可以提供较高的数据传输速度。
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