STM32学习笔记-----I2C协议

STM32的I2C（Inter-Integrated Circuit）是一个串行通信协议，用于微控制器和其他外部设备之间的数据交换。STM32的I2C外设支持多种模式，能够方便地进行设备之间的低速、低功耗数据传输。以下是STM32使用标准库的I2C配置和使用方法的详细介绍

I2C基础概念

I2C总线是一个双线制协议，包含两条信号线：

SCL：时钟线（Clock），由主设备提供时钟信号。
SDA：数据线（Data），用于传输数据，支持双向传输。

I2C设备分为：

主设备：负责启动和停止通信，并生成时钟信号。STM32通常作为主设备。
从设备：接收或发送数据，响应主设备的命令。

STM32 I2C标准库配置

STM32的I2C功能可以通过标准库（STM32固件库）进行配置。主要的配置步骤包括：

初始化I2C外设：设置I2C的工作模式、时钟、地址模式、波特率等。
配置GPIO：I2C的SCL和SDA信号线需要进行相应的GPIO配置。
数据传输：进行I2C通信，包括写数据、读数据、地址设置等。

1. I2C初始化

首先，需要初始化I2C外设并配置相关参数。以下是一个基于标准库的I2C初始化例子：

cpp 复制代码

#include "stm32f4xx.h"

void I2C_Init_Config(void)
{
    // 使能I2C时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);

    // 使能GPIO时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);

    // 配置GPIO（SCL和SDA）
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_9;  // SCL为PB6，SDA为PB9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;            // 复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;          // 开漏输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;            // 上拉
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 设置I2C复用功能（PB6为SCL，PB9为SDA）
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_I2C1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_I2C1);

    // 配置I2C
    I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
    I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;      // I2C时钟频率100kHz
    I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;      // 工作模式I2C
    I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;  // 占空比2:1
    I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x30;        // 设置设备的地址
    I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;      // 使能ACK应答
    I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; // 7位地址模式
    I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);

    // 使能I2C1外设
    I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}

在上面的代码中：

I2C_ClockSpeed：设置I2C的时钟频率。常见的I2C时钟频率有100kHz（标准模式）和400kHz（快速模式）。
I2C_OwnAddress1：设置STM32的I2C从地址。
I2C_Ack：使能应答功能，允许设备进行数据确认。
I2C_AcknowledgedAddress：选择7位或10位地址模式。

2. 数据传输

I2C通信一般包括两种操作：写数据 和读数据。

写数据到I2C设备

在写数据时，首先发送设备地址，然后发送数据。以下是通过I2C写数据的例子：

cpp 复制代码

void I2C_Write(uint8_t slaveAddress, uint8_t regAddress, uint8_t data)
{
    // 等待I2C总线空闲
    while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    // 发送启动信号
    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

    // 等待START信号发送完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    // 发送从设备地址
    I2C_Send7bitAddress(I2C1, slaveAddress, I2C_Direction_Transmitter);

    // 等待地址传输完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    // 发送寄存器地址
    I2C_SendData(I2C1, regAddress);

    // 等待数据传输完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    // 发送数据
    I2C_SendData(I2C1, data);

    // 等待数据传输完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    // 发送停止信号
    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
}

从I2C设备读取数据

读取数据时，首先发送设备地址和寄存器地址，然后进行数据读取。以下是读取数据的代码：

cpp 复制代码

uint8_t I2C_Read(uint8_t slaveAddress, uint8_t regAddress)
{
    uint8_t receivedData;

    // 等待I2C总线空闲
    while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    // 发送启动信号
    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

    // 等待START信号发送完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    // 发送从设备地址
    I2C_Send7bitAddress(I2C1, slaveAddress, I2C_Direction_Transmitter);

    // 等待地址传输完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    // 发送寄存器地址
    I2C_SendData(I2C1, regAddress);

    // 等待数据传输完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    // 发送重复启动信号
    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

    // 等待重复启动完成
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    // 发送从设备地址，设置为接收模式
    I2C_Send7bitAddress(I2C1, slaveAddress, I2C_Direction_Receiver);

    // 等待数据接收
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));

    // 接收数据
    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));
    receivedData = I2C_ReceiveData(I2C1);

    // 发送停止信号
    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

    return receivedData;
}

3. 错误处理与常见问题

I2C通信中常见的问题包括：

总线忙碌 ：通过检查I2C_FLAG_BUSY标志位来确认I2C是否处于忙碌状态。
超时错误：如果操作时间过长，可能会引发超时错误。可以设置一个超时计数器，并定期检查。

4. 总结

使用STM32的标准库配置和使用I2C外设涉及初始化I2C外设、配置GPIO、进行数据传输等步骤。理解I2C的工作原理和每个步骤的细节是保证通信稳定性的关键。