STM32H750寄存器操作（硬件I2C）

1.前言

最近使用的屏幕触控IC是GT911，这不巧了吗前面用另一款3.5寸tft也是这个IC，本来我是不想写I2C的但是拿着例程跑一下去实验，实在是蚌埠住了。首先是程序用的软件模拟I2C，其次程序还在主函数里加了20ms的延迟，程序里说是：触摸屏扫描间隔不能小于10ms，建议设置为20ms。我真是服了，最后我试了一下实际效果只能说真卡。实际效果甚至不如我用STC32G主频30Mhz跑起来的效果流畅。最后没办法，我想了想还是得修改硬件把硬件I2C跑起来。

说回H750的I2C，我实际使用起来，它的硬件结构与F4，F1系列有非常大的不同。F1，F4的I2C硬件构成是一摸一样的。而到了H7，ST官方几乎是把I2C重新设计了，不过官方手册写的非常完善了，把整个I2C从初始化到发生接受单个和多个字节的流程都讲了一遍。写起来难度其实不怎么大。

2.理论

2.1 时钟配置

首先我们看看手册上对初始化的描述

首先要配置I2C的时钟，这块是整个程序中最复杂的部分，我就简单介绍一下吧。首先我们的I2C时钟有4个来源，默认状态下使用APB1总线的时钟。那么我们的时钟源是120Mhz，在I2C内部有一个分频器可以再次分频。之后我们按照公式计算出SCL高低电平的长度即可控制周期了，手册上给出了经典的数值，我这里带大家过一下如何计算。

以100Khz为例，我们主时钟频率为48Mhz，我们的分频系数是0xb即11，这里注意一下我们投入的所有数值都是要+1才是实际值，那么实际分频系数是12，我们最后I2C频率为4Mhz，一个周期为250ns。然后配置低电平持续0x13即19即20个周期，也就是20x250ns=5us，这就是这一栏5us的来源。

同理计算高电平持续时间0xf即15即维持16个周期，也就是16x250=4us。具体的计算方式和原因还是比较复杂的，有兴趣的读者可以翻阅数据手册，要是大家想简单搞就用cubemx配置即可。

2.2 发送地址

首先的最开始发送地址阶段我们要配置地址，选择7位或10位，之后是配置传输方向和发送的字节数，配置完成后启动就可以了。

2.3 发送数据

发送过程手册上给出了文字描述和流程图，我们来具体看一下。

首先是初始化I2C，没啥好说的，之后我们要配置AutoEND

通常通过I2C写入寄存器会有restart信号，那么我们需要将Autoend置零；否则单纯写入连续写入给Autoend置一即可，置一之后在发送完最后一位数据后芯片会自动发送stop信号。然后按顺序配置好地址，给start置位这一串数据就可以正常发出去了。

再往下我们分为了两条路，左边这一侧是通讯异常状态，即地址不匹配或是没有收到ACK信号，我们就会进入这一分支，芯片会自动结束通讯。

我们重点看一看右侧，这一侧是我们正常的通讯流程

当我们地址发送出去后，我们需要等待状态寄存器的TXIS置位，这一位是啥？

这一位是表示数据已经发送出去，TXDR寄存器的数据正常发送了。

数据发送出去后，我们可以再次对TXDR寄存器进行写入。如果我们没有把所有数据全部发送，则循环这一过程。

当我们所有数据全部发送出去了

由于我们开启了Autoend，流程会自动发送停止位。

2.4 接受数据

过程比较类似，注意好传输方向即可，具体后面我结合具体程序来介绍

3.寄存器介绍

整个I2C寄存器比较少，我挑几个来介绍一下

首先是CR1寄存器的第0,7位

第7位是错误中断，大家如果需要可以开启，防止I2C进入错误情况。然后是第0位，使能外设，不多讲了。

然后是CR2寄存器，基本所有位都要用到

首先是0~9位是地址位，这里要格外注意，我们的七位地址是1~7位

第10位是读写方向，按照实际需要配置即可

第11位是寻址模式，正常我们是7位寻址模式

13、14位是起始和停止位生成，置1发送对应的信号，这两个我们一会是要用到的信号，其他的倒没有。

然后是16~23位是字节数，这就是我们一个通讯流程中需要发送的字节数目，正常写入即可。

之后是25位，当Autoend置0时SCL会延长并等待我们重新发送起始位或停止位。而当Autoend置1时发送完数据会自动发送停止位。

然后我们看看timg寄存器，按照前文提到的方式进行配置，注意位置和+1的情况，其他的没啥特别的地。

然后我们看看ISR寄存器

其中1,2位是我们用的最多的，是关于发送和接受的状态，详细的可以看看手册的描述

然后是5、6位，第6位是传输完成标志位。当TC=1意味着我们这一流程发送完毕可以发送停止位了，这一位我们用的也比较多。

第5位则是因为由于我们会使用Autoend，所以通过这一位可以判断我们所有过程是否全部结束，MCU对于总线的控制权是否释放。

顺带我们看一下数据寄存器，H7有一个典型特点就是数据寄存器分离了，发送就是单独的32位数据寄存器，接收也是单独的寄存器，这一点还是相当不错的。

4.程序

程序我先放上来

cpp 复制代码

#include "i2c1.h"

/*
注意，I2C一定要加上超时的设置，否则当IIC总线出错时，
没有超时检测可能造成MCU卡死在这里。
*/
void init_i2c1(void)
{
	RCC->APB1LENR|=1<<21;		//使能时钟
	I2C1->CR1&=~(1<<0);			//关闭I2C通信准备配置
	
	//初始化端口
	GPIOB->MODER&=~(3<<16);
	GPIOB->MODER&=~(3<<18);
	GPIOB->MODER|=2<<16;
	GPIOB->MODER|=2<<18;
	
	GPIOB->OSPEEDR|=1<<16;
	GPIOB->OSPEEDR|=1<<18;
	
	//！！！一定要设置成开漏输出模式！！！
	GPIOB->OTYPER|=1<<8;
	GPIOB->OTYPER|=1<<9;
	
	GPIOB->AFR[1]|=4<<0;
	GPIOB->AFR[1]|=4<<4;
	
	//设置I2C主频与通信速率
	//I2C挂在APB1上频率为120Mhz
	I2C1->TIMINGR=0;
	I2C1->TIMINGR|=3<<28;	//设置预分配系数为4 分频后时钟频率为30Mhz
	#if I2C_SPEED==100
	//H:5us+L:5us
	I2C1->TIMINGR|=144<<0;//SCLL
	I2C1->TIMINGR|=144<<8;//SCLH
	
	I2C1->TIMINGR|=6<<16;	//SDADEL=2
	I2C1->TIMINGR|=1<<20;	//SCLDEL=1
	#elif I2C_SPEED==400
	//H:1us+L:1.5us
	I2C1->TIMINGR|=37<<0;//SCLL
	I2C1->TIMINGR|=25<<8;//SCLH
	
	//(SDADEL + 1)*33.333 ns >100 ns
	I2C1->TIMINGR|=3<<16;	//SDADEL=2
	I2C1->TIMINGR|=1<<20;	//SCLDEL=1
	#elif I2C_SPEED==1000
	//H:0.4us+L:0.6us
	I2C1->TIMINGR|=13<<0;//SCLL
	I2C1->TIMINGR|=5<<8;//SCLH
	
	//(SDADEL + 1)*33.333 ns > 50 ns
	I2C1->TIMINGR|=2<<16;	//SDADEL=1
	I2C1->TIMINGR|=1<<20;	//SCLDEL=0
	#endif
	
	I2C1->CR2&=~(1<<11);	//7位地址模式
	I2C1->CR1|=1<<7;			//开启错误中断
	
	I2C1->CR1|=1<<0;	//开启I2C通讯
}

void i2c1_WriteOneChar(unsigned char i2c_address,unsigned char i2cin)
{
	I2C1->CR2&=~(0xff<<16);//清空字节长度
	I2C1->CR2|=1<<16;//写入字节长度
	I2C1->CR2|=1<<25;			//所有字节传输完毕后发送stop信号
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2&=~(1<<10);		//主模式为写方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	while((I2C1->ISR&(1<<1))==0);//等待发送缓冲区为空
	I2C1->TXDR=i2cin;			//写入要传输的数据
	
	while((I2C1->ISR&(1<<5))==0);//等待停止位发送完毕
}

unsigned char i2c1_ReadOneChar(unsigned char i2c_address)
{
	unsigned char i2creadtemp;
	I2C1->CR2|=1<<16;			//写入一个字节
	I2C1->CR2|=1<<25;			//所有字节传输完毕后发送stop信号
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2|=1<<10;			//主模式为读方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	while((I2C1->ISR&(1<<2))==0);//等待接收缓冲区为空
	i2creadtemp=I2C1->RXDR;
	while((I2C1->ISR&(1<<6))==0);//等待所有数据数据传输完毕
	
	return i2creadtemp;
}

void i2c1_MultiWrite(unsigned char i2c_address,unsigned char* i2cdata,unsigned char length)
{
	unsigned char i2cwei=length;
	
	I2C1->CR2&=~(0xff<<16);//清空字节长度
	I2C1->CR2|=length<<16;//写入字节长度
	I2C1->CR2|=1<<25;			//所有字节传输完毕后发送stop信号
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2&=~(1<<10);		//主模式为写方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	for(i2cwei=0;i2cwei<length;i2cwei++)
	{
		while((I2C1->ISR&(1<<1))==0);//等待发送缓冲区为空
		I2C1->TXDR=*(i2cdata+i2cwei);			//写入要传输的数据
	}
	while((I2C1->ISR&(1<<5))==0);//等待停止位发送完毕
}

void i2c1_MultiRead(unsigned char i2c_address,unsigned char* i2cdata,unsigned char length)
{
	unsigned char i2cwei;
	I2C1->CR2|=length<<16;			//写入字节数
	I2C1->CR2|=1<<25;			//所有字节传输完毕后发送stop信号
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2|=1<<10;			//主模式为读方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	for(i2cwei=0;i2cwei<length;i2cwei++)
	{
		while((I2C1->ISR&(1<<2))==0);//等待接收缓冲区为空
		i2cdata[i2cwei]=I2C1->RXDR;
	}
	while((I2C1->ISR&(1<<6))==0);//等待所有数据数据传输完毕
}

void i2c1_WriteRegist(unsigned char i2c_address,unsigned char *regaddress,unsigned char registlength,unsigned char* i2cdata,unsigned char datalength)
{
	unsigned char i2cwei;
	
	I2C1->CR2&=~(0xff<<16);//清空字节长度
	I2C1->CR2|=registlength<<16;//写入字节长度
	I2C1->CR2&=~(1<<25);			//所有字节传输完毕后发送restart信号
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2&=~(1<<10);		//主模式为写方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	for(i2cwei=0;i2cwei<registlength;i2cwei++)
	{
		while((I2C1->ISR&(1<<1))==0);//等待发送缓冲区为空
		I2C1->TXDR=*(regaddress+i2cwei);			//写入要传输的数据
	}
	
	I2C1->CR2&=~(0xff<<16);//清空字节长度
	I2C1->CR2|=datalength<<16;//写入字节长度
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2&=~(1<<10);		//主模式为写方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	for(i2cwei=0;i2cwei<datalength;i2cwei++)
	{
		while((I2C1->ISR&(1<<1))==0);//等待发送缓冲区为空
		I2C1->TXDR=*(i2cdata+i2cwei);			//写入要传输的数据
	}
	while((I2C1->ISR&(1<<6))==0);//等待所有数据传输完毕
	I2C1->CR2|=1<<14;	//发送停止位
	while((I2C1->ISR&(1<<5))==0);//等待停止位发送完毕
}

void i2c1_ReadRegist(unsigned char i2c_address,unsigned char *regaddress,unsigned char registlength,unsigned char* i2cdata,unsigned char datalength)
{
	unsigned char i2cwei;
	
	I2C1->CR2&=~(0xff<<16);//清空字节长度
	I2C1->CR2|=registlength<<16;//写入字节长度
	I2C1->CR2&=~(1<<25);			//所有字节传输完毕后发送restart信号
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2&=~(1<<10);		//主模式为写方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	for(i2cwei=0;i2cwei<registlength;i2cwei++)
	{
		while((I2C1->ISR&(1<<1))==0);//等待发送缓冲区为空
		I2C1->TXDR=*(regaddress+i2cwei);			//写入要传输的数据
	}
	while((I2C1->ISR&(1<<6))==0);//等待所有数据数据传输完毕
	
	
	I2C1->CR2&=~(0xff<<16);//清空字节长度
	I2C1->CR2|=datalength<<16;			//写入字节数
	
	I2C1->CR2&=~(0x3FF);	//清空地址信息
	I2C1->CR2|=i2c_address<<1;//写入地址
	I2C1->CR2|=1<<10;			//主模式为读方向
	
	I2C1->CR2|=1<<13;			//发送起始信号
	
	for(i2cwei=0;i2cwei<datalength;i2cwei++)
	{
		while((I2C1->ISR&(1<<2))==0);//等待接收缓冲区为空
		i2cdata[i2cwei]=I2C1->RXDR;
	}
	while((I2C1->ISR&(1<<6))==0);//等待所有数据数据传输完毕
	I2C1->CR2|=1<<14;	//发送停止位
	while((I2C1->ISR&(1<<5))==0);//等待停止位发送完毕
}

首先是初始化，把时钟开启和配置管脚，这个不多说了

之后是配置通讯速率，我这里用的是4分频，数据是我通过计算配合实验得出来的。

最后是配置好地址模式并开启I2C

然后是发送过程，过程几乎和手册上描述的一致，配置好字节长度和地址信息。由于是多字节写入，所以我们使用的是Autoend模式，发送完最后一个字节自动发送停止位。然后注意好传输方向就可以了。

之后我们具体的发送过程我们按照手册要求，检测发送缓冲区，为空后依次写入数据即可。

由于我们是自动发送停止位，所以我们要检测停止位是否发送出去了。

我们再看一下读取过程，过程非常类似，注意好基础配置即可

然后我们再看看读寄存器流程，这是最复杂的过程。前半段没什么区别，主要在这里Autoend要为0，发送完这一段数据后，我们要准备发送restart信号。

后半段我们要注意两点，其一是重新配置方向，设置为读取方向。其二是由于我们没有开启Autoend模式，所以停止位需要由我们自己主动发送。

5.测试

首先我们先来测试连续发送，这里我先发送四个字节

是随便写的四个字节，从机地址为0x11

波形如下

速率为400Khz

然后是读取

6.结语

最开始开发的时候，我以为H7的I2C结构和F4非常相似，但是很显然ST官方把I2C重构了，以往令人诟病的bug基本算消失了。手册上写的也非常全面了，按照手册上的时序正常配置基本没有什么问题，官方的流程图给的也非常清晰了，踩坑也比较少了，这一点还是要给ST官方点赞的。那么OK，还是老样子，我们下一篇文章见。