本帖最后由 正点原子 于 2013-3-15 21:34 编辑
第二十七章 IIC实验 本章我们将向大家介绍如何使用STM32的普通IO口模拟IIC时序，并实现和24C02之间的双向通信。在本章中，我们将使用STM32的普通IO口模拟IIC时序，来实现24C02的读写，并将结果显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分： 27.1 IIC简介 27.2 硬件设计 27.3 软件设计 27.4 下载验证
27.1 IIC简介 IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。 这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。IIC总线时序图如图27.1..1所示：
图27.1.1 IIC总线时序图 ALIENTEK战舰STM32开发板板载的EEPROM芯片型号为24C02。该芯片的总容量是256个字节，该芯片通过IIC总线与外部连接，我们本章就通过STM32来实现24C02的读写。 目前大部分MCU都带有IIC总线接口，STM32也不例外。但是这里我们不使用STM32的硬件IIC来读写24C02，而是通过软件模拟。STM32的硬件IIC非常复杂，更重要的是不稳定，故不推荐使用。所以我们这里就通过模拟来实现了。有兴趣的读者可以研究一下STM32的硬件IIC。 本章实验功能简介：开机的时候先检测24C02是否存在，然后在主循环里面检测两个按键，其中1个按键（WK_UP）用来执行写入24C02的操作，另外一个按键（KEY1）用来执行读出操作，在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。
27.2 硬件设计 本章需要用到的硬件资源有： 1） 指示灯DS0 2） WK_UP和KEY1按键 3） 串口（USMART使用） 4） TFTLCD模块 5） 24C02
前面4部分的资源，我们前面已经介绍了，请大家参考相关章节。这里只介绍24C02与STM32的连接，24C02的SCL和SDA分别连在STM32的PB10和PB11上的，连接关系如图27.2.1所示：
图27.2.1 STM32与24C02连接图 27.3 软件设计 打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个24CXX的文件夹。然后新建一个24cxx.c、myiic.c的文件和24cxx.h、myiic.h的头文件，保存在24CXX文件夹下，并将24CXX文件夹加入头文件包含路径。 打开myiic.c文件，输入如下代码： #include "myiic.h" #include "delay.h" //初始化IIC void IIC_Init(void) { RCC->APB2ENR|=1<<3; //先使能外设IO PORTB时钟 GPIOB->CRH&=0XFFFF00FF; //PB1/11 推挽输出 GPIOB->CRH|=0X00003300; GPIOB->ODR|=3<<10; //PB10,11输出高 } //产生IIC起始信号 void IIC_Start(void) { SDA_OUT();//sda线输出 IIC_SDA=1; IIC_SCL=1; delay_us(4); IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(4); IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 } //产生IIC停止信号 void IIC_Stop(void) { SDA_OUT();//sda线输出 IIC_SCL=0; IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high delay_us(4); IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号 delay_us(4); } //等待应答信号到来 //返回值：1，接收应答失败 // 0，接收应答成功 u8 IIC_Wait_Ack(void) { u8 ucErrTime=0; SDA_IN(); //SDA设置为输入 IIC_SDA=1;delay_us(1); IIC_SCL=1;delay_us(1); while(READ_SDA) { ucErrTime++; if(ucErrTime>250) { IIC_Stop(); return 1; } } IIC_SCL=0;//时钟输出0 return 0; } //产生ACK应答 void IIC_Ack(void) { IIC_SCL=0; SDA_OUT(); IIC_SDA=0; delay_us(2); IIC_SCL=1; delay_us(2); IIC_SCL=0; } //不产生ACK应答 void IIC_NAck(void) { IIC_SCL=0; SDA_OUT(); IIC_SDA=1; delay_us(2); IIC_SCL=1; delay_us(2); IIC_SCL=0; } //IIC发送一个字节 //返回从机有无应答 //1，有应答 //0，无应答 void IIC_Send_Byte(u8 txd) { u8 t; SDA_OUT(); IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输 for(t=0;t<8;t++) { IIC_SDA=(txd&0x80)>>7; txd<<=1; delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的 IIC_SCL=1; delay_us(2); IIC_SCL=0; delay_us(2); } } //读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack) { unsigned char i,receive=0; SDA_IN();//SDA设置为输入 for(i=0;i<8;i++ ) { IIC_SCL=0; delay_us(2); IIC_SCL=1; receive<<=1; if(READ_SDA)receive++; delay_us(1); } if (!ack) IIC_NAck(); //发送nACK else IIC_Ack(); //发送ACK return receive; } 该部分为IIC驱动代码，实现包括IIC的初始化（IO口）、IIC开始、IIC结束、ACK、IIC读写等功能，在其他函数里面，只需要调用相关的IIC函数就可以和外部IIC器件通信了，这里并不局限于24C02，该段代码可以用在任何IIC设备上。 保存该部分代码，把myiic.c加入到HARDWARE组下面，然后在myiic.h里面输入如下代码： #ifndef __MYIIC_H #define __MYIIC_H #include "sys.h" //IO方向设置 #define SDA_IN() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=8<<12;} #define SDA_OUT() {GPIOB->CRH&=0XFFFF0FFF;GPIOB->CRH|=3<<12;} //IO操作函数 #define IIC_SCL PBout(10) //SCL #define IIC_SDA PBout(11) //SDA #define READ_SDA PBin(11) //输入SDA ......//省略部分代码 #endif 该部分代码的SDA_IN()和SDA_OUT()分别用于设置IIC_SDA接口为输入和输出，如果这两句代码看不懂，请好好温习下IO口的使用。接下来我们在24cxx.c文件里面输入如下代码： #include "24cxx.h" #include "delay.h" //初始化IIC接口 void AT24CXX_Init(void) { IIC_Init(); } //在AT24CXX指定地址读出一个数据 //ReadAddr:开始读数的地址 //返回值 :读到的数据 u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr) { u8 temp=0; IIC_Start(); if(EE_TYPE>AT24C16) { IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址 }else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReadAddr%256); //发送低地址 IIC_Wait_Ack(); IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0XA1); //进入接收模式 IIC_Wait_Ack(); temp=IIC_Read_Byte(0); IIC_Stop();//产生一个停止条件 return temp; } //在AT24CXX指定地址写入一个数据 //WriteAddr :写入数据的目的地址 //DataToWrite:要写入的数据 void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite) { IIC_Start(); if(EE_TYPE>AT24C16) { IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址 }else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节 IIC_Wait_Ack(); IIC_Stop();//产生一个停止条件 delay_ms(10); } //在AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据 //该函数用于写入16bit或者32bit的数据. //WriteAddr :开始写入的地址 //DataToWrite:数据数组首地址 //Len :要写入数据的长度2,4 void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len) { u8 t; for(t=0;t<Len;t++) { AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff); } } //在AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据 //该函数用于读出16bit或者32bit的数据. //ReadAddr :开始读出的地址 //返回值 :数据 //Len :要读出数据的长度2,4 u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len) { u8 t; u32 temp=0; for(t=0;t<Len;t++) { temp<<=8; temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1); } return temp; } //检查AT24CXX是否正常 //这里用了24XX的最后一个地址(255)来存储标志字. //如果用其他24C系列,这个地址要修改 //返回1:检测失败 //返回0:检测成功 u8 AT24CXX_Check(void) { u8 temp; temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX if(temp==0X55)return 0; else//排除第一次初始化的情况 { AT24CXX_WriteOneByte(255,0X55); temp=AT24CXX_ReadOneByte(255); if(temp==0X55)return 0; } return 1; } //在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据 //ReadAddr :开始读出的地址 对24c02为0~255 //pBuffer :数据数组首地址 //NumToRead:要读出数据的个数 void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead) { while(NumToRead) { *pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++); NumToRead--; } } //在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据 //WriteAddr :开始写入的地址 对24c02为0~255 //pBuffer :数据数组首地址 //NumToWrite:要写入数据的个数 void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite) { while(NumToWrite--) { AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer); WriteAddr++; pBuffer++; } } 这部分代码理论上是可以支持24Cxx所有系列的芯片的（地址引脚必须都设置为0），但是我们测试只测试了24C02，其他器件有待测试。大家也可以验证一下，24CXX的型号定义在24cxx.h文件里面，通过EE_TYPE设置。 最后，我们在main函数里面编写应用代码，在test.c里面，修改main函数如下： int main(void) { ......//由于编辑器限制，省略部分代码 } 该段代码，我们通过KEY_UP（WK_UP）按键来控制24C02的写入，通过另外一个按键KEY1(KEY_DOWN)来控制24C02的读取。并在LCD模块上面显示相关信息。 至此，我们的软件设计部分就结束了。 27.4 下载验证 在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，通过先按WK_UP按键写入数据，然后按KEY1读取数据，得到如图27.4.1所示：
图27.4.1 IIC实验程序运行效果图 同时DS0会不停的闪烁，提示程序正在运行。程序在开机的时候会检测24C02是否存在，如果不存在则会在TFTLCD模块上显示错误信息，同时DS0慢闪。读者可以通过跳线帽把PB10和PB11短接就可以看到报错了。 我们通过在USMART里面加入AT24CXX_WriteOneByte和AT24CXX_ReadOneByte函数，就可以通过USMART读取和写入24C02的任何地址了。如图27.4.2所示：
图27.4.2 USMART控制24C02读写
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