day9 STM32 I2C总线通信

I2C总线简介

I2C总线介绍

I2C(Inter-Integrated Circuit)总线(也称IIC或I2C)是由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,是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。

它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简单,期间封装形式少,通信速率高等优点。

I2C总线特征

  • 两条总线线路:一条串行数据线SDA,一条串行时钟线SCL来完成数据的传输及外围器件的扩展;
  • I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备,而且每一个设备都会对应一个唯一的地址;
  • I2C总线数据传输速率在标准模式下可达100kbit/s,快速模式下可达400kbit/s,高速模式下可达3.4Mbit/s。
  • 一般通过I2C总线接口可编程时钟来实现传输速率的调整,同时也跟所接的上拉电阻的阻值有关。
  • I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行单双工的数据传输。

I2C总线物理拓扑结构

I2C总线在物理连接上分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制,来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时,这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高,保持着高电平。

I2C总线协议

I2C协议规定

  • 总线上数据的传输必须以一个起始信号作为开始条件,以一个结束信号作为传输的停止条件。
  • 起始和结束信号总是由主设备产生。
  • 总线在空闲状态时,SCL和SDA都保持高电平。

**起始信号:**当SCL为高电平时,SDA产生由高到低的跳变(下降沿时),表示产生一个起始条件。

**结束信号:**当SCL为高电平时,SDA产生由低到高的跳变(上升沿时),表示产生一个结束条件。

数据传输

  • 数据传输以字节为单位,主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA线上传输一个数据位,数据在时钟线的高电平时被采样,一个字节按数据位从高位到低位的顺序进行传输。
  • 主设备在传输有效数据之前,要先指定从设备的地址,一般为7位,然后在发送数据传输的方向位,0表示主设备向从设备写数据,1表示主设备向从设备读数据。

应答信号

接受数据的器件在接收到8bit数据后,向发送数据的器件发出低电平的应答信号,表示已收到数据。这个信号可以是主控器件发出的,也可以是从动器件发出的。总之,是由接收数据的器件发出的。

I2C总线读写操作

主设备往从设备写数据

主设备读从设备数据

主设备读从设备的某个寄存器

STM32F0-I2C控制器特性

软件模拟I2C时序

由于直接控制GPIO引脚电平产生通讯时序时,需要有CPU控制每个时刻的引脚状态,所以称之为"软件模拟协议"方式。

硬件控制产生I2C时序

STM32 的 I2C 片上外设专门负责实现 I2C 通讯协议,只要配置好该外设,它就会自动根据协议要求产生通讯信号,收发数据并缓存起来,CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器,就能完成数据收发。这种由硬件外设处理 I2C协议的方式减轻了 CPU 的工作,且使软件设计更加简单。

STM32F0-I2C控制

I2C的主要特点:

  • 64KB片上闪存的F0带2个I2C:I2C1和I2C2
  • 32KB片上闪存的F0只带1个I2C:I2C1
  • I2C2比I2C1所支持的功能少些,不具备
  • 对SMBus的硬件支持
  • 20mA的驱动能力
  • 模块双时钟域以及从停止模式唤醒
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