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[以太网/USB/其他总线] 展示一份模拟I2C驱动代码

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dffzh 发表于 2025-10-24 14:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
, , pi, IO
本帖最后由 dffzh 于 2025-10-24 14:08 编辑

MCU和EEPROM芯片之间会经常使用模拟I2C通信来实现数据读写，下面就分享一份模拟I2C驱动代码，供大家参考：
在MCU的I2C外设资源不够的情况和对I2C通信速率要求不高的场景下，可以考虑使用模拟I2C实现你需要的功能：
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  1. /* 定义I2C总线连接的GPIO端口, 用户只需要修改下面4行代码即可任意改变SCL和SDA的引脚 */
    

  2. #define GPIO_PORT_I2C_SCL          GPIOA                        /* GPIO端口 */
    

  3. #define GPIO_PORT_I2C_SDA          GPIOA                /* GPIO端口 */
    

  4. //#define RCC_I2C_PORT               RCC_AHB1Periph_GPIOB        /* GPIO端口时钟 */
    

  5. #define I2C_SCL_PIN                      GPIO_PIN_13                        /* 连接到SCL时钟线的GPIO */
    

  6. #define I2C_SDA_PIN                      GPIO_PIN_14                        /* 连接到SDA数据线的GPIO */
    


  7. 

  8. /* 定义读写SCL和SDA的宏 */
    

  9. #define I2C_SCL_1()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,I2C_SCL_PIN,GPIO_PIN_SET)            /* SCL = 1 */
    

  10. #define I2C_SCL_0()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,I2C_SCL_PIN,GPIO_PIN_RESET)        /* SCL = 0 */
    


  11. 

  12. #define I2C_SDA_1()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,I2C_SDA_PIN,GPIO_PIN_SET)                /* SDA = 1 */
    

  13. #define I2C_SDA_0()  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,I2C_SDA_PIN,GPIO_PIN_RESET)        /* SDA = 0 */
    


  14. 

  15. #define I2C_SDA_READ()  HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,I2C_SDA_PIN) //((GPIO_PORT_I2C_SDA->IDR & I2C_SDA_PIN) != 0)        /* 读SDA口线状态 */
    

  16. #define I2C_SCL_READ()  HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,I2C_SCL_PIN)  //((GPIO_PORT_I2C_SCL->IDR & I2C_SCL_PIN) != 0)        /* 读SCL口线状态 */
    


  17. 

  18. static void bsp_I2CBusEnter(void);
    

  19. static void bsp_I2CBusExit(void);
    


  20. 

  21. static uint8_t g_i2c_busy = 0;
    


  22. 

  23. /*
    

  24. *********************************************************************************************************
    

  25. *        函 数 名: bsp_InitI2C
    

  26. *        功能说明: 配置I2C总线的GPIO，采用模拟IO的方式实现
    

  27. *        形    参:  无
    

  28. *        返 回 值: 无
    

  29. *********************************************************************************************************
    

  30. */
    

  31. void bsp_InitI2C(void)
    

  32. {
    

  33.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    


  34. 

  35.         __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 打开GPIO时钟 */
    


  36. 

  37.     GPIO_InitStructure.Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;
    

  38.         GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;                /* 设为输出口 */        
    

  39.         GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;        /* 上下拉电阻不使能 */
    

  40.         GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;  /* IO口最大速度 */
    

  41.         HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  42.         /* 给一个停止信号, 复位I2C总线上的所有设备到待机模式 */
    

  43.         i2c_Stop();
    

  44. }
    

  45. void bsp_DeInitI2C(void)
    

  46. {
    

  47.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    


  48. 

  49.         __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 打开GPIO时钟 */
    


  50. 

  51.     GPIO_InitStructure.Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;
    

  52.         GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;                /* 设为输出口 */        
    

  53.         GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;        /* 上下拉电阻不使能 */
    

  54.         GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;  /* IO口最大速度 */
    

  55.         HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN);
    

  56. }
    

  57. /*
    

  58. *********************************************************************************************************
    

  59. *        函 数 名: i2c_Delay
    

  60. *        功能说明: I2C总线位延迟，最快400KHz
    

  61. *        形    参:  无
    

  62. *        返 回 值: 无
    

  63. *********************************************************************************************************
    

  64. */
    

  65. static void i2c_Delay(void)
    

  66. {
    

  67.         uint8_t i;
    


  68. 

  69.         /*　
    

  70.                 CPU主频168MHz时，在内部Flash运行, MDK工程不优化。用台式示波器观测波形。
    

  71.                 循环次数为5时，SCL频率 = 1.78MHz (读耗时: 92ms, 读写正常，但是用示波器探头碰上就读写失败。时序接近临界)
    

  72.                 循环次数为10时，SCL频率 = 1.1MHz (读耗时: 138ms, 读速度: 118724B/s)
    

  73.                 循环次数为30时，SCL频率 = 440KHz， SCL高电平时间1.0us，SCL低电平时间1.2us
    


  74. 

  75.                 上拉电阻选择2.2K欧时，SCL上升沿时间约0.5us，如果选4.7K欧，则上升沿约1us
    


  76. 

  77.                 实际应用选择400KHz左右的速率即可
    

  78.         */
    

  79.         for (i = 0; i < 25; i++);   // 25:378khz
    

  80. }
    


  81. 

  82. /*
    

  83. *********************************************************************************************************
    

  84. *        函 数 名: i2c_Start
    

  85. *        功能说明: CPU发起I2C总线启动信号
    

  86. *        形    参:  无
    

  87. *        返 回 值: 无
    

  88. *********************************************************************************************************
    

  89. */
    

  90. void i2c_Start(void)
    

  91. {
    

  92.         bsp_I2CBusEnter();
    

  93.         
    

  94.         /* 当SCL高电平时，SDA出现一个下跳沿表示I2C总线启动信号 */
    

  95.         I2C_SDA_1();
    

  96.         I2C_SCL_1();
    

  97.         i2c_Delay();
    

  98.         I2C_SDA_0();
    

  99.         i2c_Delay();
    

  100.         
    

  101.         I2C_SCL_0();
    

  102.         i2c_Delay();
    

  103. }
    


  104. 

  105. /*
    

  106. *********************************************************************************************************
    

  107. *        函 数 名: i2c_Stop
    

  108. *        功能说明: CPU发起I2C总线停止信号
    

  109. *        形    参:  无
    

  110. *        返 回 值: 无
    

  111. *********************************************************************************************************
    

  112. */
    

  113. void i2c_Stop(void)
    

  114. {
    

  115.         /* 当SCL高电平时，SDA出现一个上跳沿表示I2C总线停止信号 */
    

  116.         I2C_SDA_0();
    

  117.         I2C_SCL_1();
    

  118.         i2c_Delay();
    

  119.         I2C_SDA_1();
    

  120.         i2c_Delay();
    

  121.         
    

  122.         bsp_I2CBusExit();
    

  123. }
    


  124. 

  125. /*
    

  126. *********************************************************************************************************
    

  127. *        函 数 名: i2c_SendByte
    

  128. *        功能说明: CPU向I2C总线设备发送8bit数据
    

  129. *        形    参:  _ucByte ： 等待发送的字节
    

  130. *        返 回 值: 无
    

  131. *********************************************************************************************************
    

  132. */
    

  133. void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte)
    

  134. {
    

  135.         uint8_t i;
    


  136. 

  137.         /* 先发送字节的高位bit7 */
    

  138.         for (i = 0; i < 8; i++)
    

  139.         {
    

  140.                 if (_ucByte & 0x80)
    

  141.                 {
    

  142.                         I2C_SDA_1();
    

  143.                 }
    

  144.                 else
    

  145.                 {
    

  146.                         I2C_SDA_0();
    

  147.                 }
    

  148.                 i2c_Delay();
    

  149.                 I2C_SCL_1();
    

  150.                 i2c_Delay();
    

  151.                 I2C_SCL_0();
    

  152.                 if (i == 7)
    

  153.                 {
    

  154.                          I2C_SDA_1(); // 释放总线
    

  155.                 }
    

  156.                 _ucByte <<= 1;        /* 左移一个bit */
    

  157.                 i2c_Delay();
    

  158.         }
    

  159. }
    


  160. 

  161. /*
    

  162. *********************************************************************************************************
    

  163. *        函 数 名: i2c_ReadByte
    

  164. *        功能说明: CPU从I2C总线设备读取8bit数据
    

  165. *        形    参:  无
    

  166. *        返 回 值: 读到的数据
    

  167. *********************************************************************************************************
    

  168. */
    

  169. uint8_t i2c_ReadByte(void)
    

  170. {
    

  171.         uint8_t i;
    

  172.         uint8_t value;
    


  173. 

  174.         /* 读到第1个bit为数据的bit7 */
    

  175.         value = 0;
    

  176.         for (i = 0; i < 8; i++)
    

  177.         {
    

  178.                 value <<= 1;
    

  179.                 I2C_SCL_1();
    

  180.                 i2c_Delay();
    

  181.                 if (I2C_SDA_READ())
    

  182.                 {
    

  183.                         value++;
    

  184.                 }
    

  185.                 I2C_SCL_0();
    

  186.                 i2c_Delay();
    

  187.         }
    

  188.         return value;
    

  189. }
    


  190. 

  191. /*
    

  192. *********************************************************************************************************
    

  193. *        函 数 名: i2c_WaitAck
    

  194. *        功能说明: CPU产生一个时钟，并读取器件的ACK应答信号
    

  195. *        形    参:  无
    

  196. *        返 回 值: 返回0表示正确应答，1表示无器件响应
    

  197. *********************************************************************************************************
    

  198. */
    

  199. uint8_t i2c_WaitAck(void)
    

  200. {
    

  201.         uint8_t re;
    


  202. 

  203.         I2C_SDA_1();        /* CPU释放SDA总线 */
    

  204.         i2c_Delay();
    

  205.         I2C_SCL_1();        /* CPU驱动SCL = 1, 此时器件会返回ACK应答 */
    

  206.         i2c_Delay();
    

  207.         if (I2C_SDA_READ())        /* CPU读取SDA口线状态 */
    

  208.         {
    

  209.                 re = 1;
    

  210.         }
    

  211.         else
    

  212.         {
    

  213.                 re = 0;
    

  214.         }
    

  215.         I2C_SCL_0();
    

  216.         i2c_Delay();
    

  217.         return re;
    

  218. }
    


  219. 

  220. /*
    

  221. *********************************************************************************************************
    

  222. *        函 数 名: i2c_Ack
    

  223. *        功能说明: CPU产生一个ACK信号
    

  224. *        形    参:  无
    

  225. *        返 回 值: 无
    

  226. *********************************************************************************************************
    

  227. */
    

  228. void i2c_Ack(void)
    

  229. {
    

  230.         I2C_SDA_0();        /* CPU驱动SDA = 0 */
    

  231.         i2c_Delay();
    

  232.         I2C_SCL_1();        /* CPU产生1个时钟 */
    

  233.         i2c_Delay();
    

  234.         I2C_SCL_0();
    

  235.         i2c_Delay();
    

  236.         I2C_SDA_1();        /* CPU释放SDA总线 */
    

  237. }
    


  238. 

  239. /*
    

  240. *********************************************************************************************************
    

  241. *        函 数 名: i2c_NAck
    

  242. *        功能说明: CPU产生1个NACK信号
    

  243. *        形    参:  无
    

  244. *        返 回 值: 无
    

  245. *********************************************************************************************************
    

  246. */
    

  247. void i2c_NAck(void)
    

  248. {
    

  249.         I2C_SDA_1();        /* CPU驱动SDA = 1 */
    

  250.         i2c_Delay();
    

  251.         I2C_SCL_1();        /* CPU产生1个时钟 */
    

  252.         i2c_Delay();
    

  253.         I2C_SCL_0();
    

  254.         i2c_Delay();
    

  255. }
    


  256. 

  257. /*
    

  258. *********************************************************************************************************
    

  259. *        函 数 名: i2c_CheckDevice
    

  260. *        功能说明: 检测I2C总线设备，CPU向发送设备地址，然后读取设备应答来判断该设备是否存在
    

  261. *        形    参:  _Address：设备的I2C总线地址
    

  262. *        返 回 值: 返回值 0 表示正确， 返回1表示未探测到
    

  263. *********************************************************************************************************
    

  264. */
    

  265. uint8_t i2c_CheckDevice(uint8_t _Address)
    

  266. {
    

  267.         uint8_t ucAck;
    


  268. 

  269.         if (I2C_SDA_READ() && I2C_SCL_READ())
    

  270.         {
    

  271.                 i2c_Start();                /* 发送启动信号 */
    


  272. 

  273.                 /* 发送设备地址+读写控制bit（0 = w， 1 = r) bit7 先传 */
    

  274.                 i2c_SendByte(_Address | I2C_WR);
    

  275.                 ucAck = i2c_WaitAck();        /* 检测设备的ACK应答 */
    


  276. 

  277.                 i2c_Stop();                        /* 发送停止信号 */
    


  278. 

  279.                 return ucAck;
    

  280.         }
    

  281.         return 1;        /* I2C总线异常 */
    

  282. }
    


  283. 

  284. /*
    

  285. *********************************************************************************************************
    

  286. *        函 数 名: bsp_I2CBusEnter
    

  287. *        功能说明: 占用I2C总线
    

  288. *        形    参: 无
    

  289. *        返 回 值: 0 表示不忙  1表示忙
    

  290. *********************************************************************************************************
    

  291. */
    

  292. static void bsp_I2CBusEnter(void)
    

  293. {
    

  294.         g_i2c_busy = 1;
    

  295. }
    


  296. 

  297. /*
    

  298. *********************************************************************************************************
    

  299. *        函 数 名: bsp_I2CBusExit
    

  300. *        功能说明: 释放占用的I2C总线
    

  301. *        形    参: 无
    

  302. *        返 回 值: 0 表示不忙  1表示忙
    

  303. *********************************************************************************************************
    

  304. */
    

  305. static void bsp_I2CBusExit(void)
    

  306. {
    

  307.         g_i2c_busy = 0;
    

  308. }
    


  309. 

  310. /*
    

  311. *********************************************************************************************************
    

  312. *        函 数 名: bsp_I2CBusBusy
    

  313. *        功能说明: 判断I2C总线忙。方法是检测其他SPI芯片的片选信号是否为1
    

  314. *        形    参: 无
    

  315. *        返 回 值: 0 表示不忙  1表示忙
    

  316. *********************************************************************************************************
    

  317. */
    

  318. uint8_t bsp_I2CBusBusy(void)
    

  319. {
    

  320.         return g_i2c_busy;
    

  321. }
    


  322. 

  323. /*用SCL脚来测试主循环的运行时间*/
    

  324. void bsp_InitTestGpio(void)
    

  325. {
    

  326.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  327.     __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 打开GPIO时钟 */
    


  328. 

  329.     GPIO_InitStructure.Pin = I2C_SCL_PIN;
    

  330.         GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;        /* 设为输出口 */        
    

  331.         GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;        /* 上下拉电阻不使能 */
    

  332.         GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;  /* IO口最大速度 */
    

  333.         HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  334. 

  335.         HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
    

  336. }

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