STM32F1的I2C模块协议简介

STM32F1的I2C模块协议简介I2C是一种多主从的串行通讯协议。STM32F1的I2C模块支持标速(最高100kHz)和高速(最高400kHz)两种工作模式。一、I2C协议简介标准的IIC接口有数据线SDA、时钟线SCL两条总线，只能工作于半双工模式，在设计中，对总线的负载电容有一定的要求，具体请查阅元件的技术手册确定。IIC的通讯时序如图，通讯电平为正逻辑:※数据发送的起始和终止信号为：SCL为高时，起始：SDA下降沿终止：SDA上升沿※当总线空闲时，SDA和SCL均为高电平，总线需要外接上拉电阻，阻值5-10k。※每次发送一字节(8bits)信号，MSB高位先发。二、I2C通讯时序（使用时以具体被控芯片手册为准）通讯时序(主机发送若干数据)：※主机引脚配置为openDrain，务必不要内部上拉、下拉***①保持SCL=1,拉低SDA,产生起始信号。***②拉低SCL,准备发送数据；***③将数据高位ShiftOut(SDA上)，随后拉高SCL。在SCL=1期间SDA电平不能变动。***④将数据依次输出***⑤输出最后一位数据且SCL变为低电平后，主机接SDA引脚立即变换为高阻输入模式。⑥主机向SCL输出一个时钟方波，在方波高位检测从机是否将SDA拉低(即发送ACK)；若未收到表明发送未成功。***⑦当主机检测到SDA被拉低时，表明从机准备好接收下一字节数据。随后主机拉高SCL，从机释放SDA,形成终止信号。若错误，主机也拉高SCL并记录错误。此时SCL=1,SDA=1。***⑧准备下一次传输。通讯时序(从机接收若干数据)：①从机引脚均配置为输入模式***②检测开始信号，随后接收数据(可以通过SCL上升、下降沿触发方式检测校验)③若接收没有出现错误，从机将SDA配置为开漏，在定义的数据长度(数据位+1ACK)的前一个时钟方波之后(时钟下降沿)拉低SDA发出ACK。若接受错误(例如一个时钟信号上升下降沿SDA数据不同)则不下拉。④检测到SCL出现上升后，释放SDA。⑤准备下一次传输。※IIC数据以1个数据包(主机)+1位ACK(从机)格式传送：发送地址的最后一位是数据方向位(R/W位)，该位用“0”表示主机发送数据，“1”表示主机接收数据（R）。※当STM32做主机时，在发送地址位后(10位地址模式为首序列最后一位)会根据方向位自动判断进入主发送器模式或主接收器模式**。**三、STM32LL库IIC驱动STM32的I2C模块可以配置为从机输出、从机输入、主机输出、主机输入四种模式。■主模式时，I2C接口启动数据传输并产生时钟信号。串行数据传输总是以起始条件开始并以停止条件结束。起始条件和停止条件都是在主模式下由软件控制产生。■从模式时，I2C接口能识别它自己的地址(7位或10位)和广播呼叫地址。软件能够控制开启或禁止广播呼叫地址的识别。※SCL时钟信号、起始终止信号由主机输出，应答始终由从机应答；从机由主机发送地址选中(主机和从机的区别)。1.IIC时钟配置：在I2C_CR2寄存器中Freq[5:0]设定该模块的输入时钟(APH1旁路时钟输入，最高36MHz)。输入时钟的频率至少为：●标准模式下为：2MHz●快速模式下为：4MHz若使用CubeMX进行模块的配置，则生成的模块初始化函数中自动设置2.相关寄存器①自身地址寄存器(I2C_OAR1)：STM32的IIC模块支持双地址模式，即可以设置两个自身地址：自身地址寄存器2(I2C_OAR2)：*②时钟控制寄存器(I2C_CCR):*(CubeMX自动配置)在I2C_CR2中设置完成模块输入时钟后对SCL输出时钟进行配置③控制寄存器（I2C_CR1）④控制寄存器(I2C_CR2)⑤数据寄存器(I2C_DR)⑥状态寄存器(I2C_SR1)PEC校验的使用较为复杂，使用时请具体参看手册对包序号的判断(第几个包?)从起始条件开始计算。⑦状态寄存器(I2C_SR2)3.传输时序（请参考传输时序进行开发）**①主发送器模式**※7位地址最后一位为R/W位，10位帧头最后一位为R/W，此时设置为"0",由本机发送**②主接收器模式(主模式下起始、终止条件都由本机发出)**※7位地址最后一位为R/W位，10位帧头最后一位为R/W，此时设置为"1",由本机发送**③从接收器模式**※地址R/W位非本机发送，由硬件自动比对本机地址判断是否被选中。此时R/W位为"0"**④从发送器模式**※地址R/W位非本机发送，由硬件自动比对本机地址判断是否被选中。此时R/W位为"0"关于主从模式：***■模块默认处于从模式******■当本机通过START位主动发送起始条件时，进入主模式******■当主模式最后一字节传输完成后，由本机置STOP位发送停止条件，进入从模式******■从模式下模块自动检测总线上的电平变化***

***■发送/接收模式的选择通过硬件自动判断R/W实现***■注意发送/接收地址后，读ADDR才能进入主/从模式下一步的数据传输LL库函数：1、初始化结构体LL_I2C_InitTypeDeftypedefstruct{uint32_tPeripheralMode;/*选择模块工作模式，通过LL_I2C_SetMode()实现@refLL_I2C_MODE_I2C//I2C模式LL_I2C_MODE_SMBUS_HOST//LL_I2C_MODE_SMBUS_DEVICE//LL_I2C_MODE_SMBUS_DEVICE_ARP//*/uint32_tClockSpeed;/*配置时钟频率(<400kHz(高速);<100kHz(标准))；通过LL_I2C_SetClockPeriod()、LL_I2C_SetDutyCycle()、LL_I2C_SetClockSpeedMode()、LL_I2C_ConfigSpeed()实现//示例：若需要100kHz时钟，则输入100000*/uint32_tDutyCycle;/*设置高速模式(仅)下信号占空比;通过LL_I2C_SetDutyCycle()实现@refLL_I2C_DUTYCYCLE_2//低:高=2LL_I2C_DUTYCYCLE_16_9//低:高=16:9*/uint32_tOwnAddress1;/*设置自身的主地址，通过LL_I2C_SetOwnAddress1()实现//10位模式最大为0x3FF,7位最大为0x7F※该结构体及模块初始化函数不提供设置第二地址(副地址)的方式*/uint32_tTypeAcknowledge;/*配置ACK使能;通过LL_I2C_AcknowledgeNextData()实现@refLL_I2C_ACK//在接收到一个字节后返回一个应答(匹配的地址或数据)LL_I2C_NACK//无应答*/uint32_tOwnAddrSize;/*设置自身地址长度;通过LL_I2C_SetOwnAddress1()实现※在双地址模式下只能设置为7位长度@refLL_I2C_OWNADDRESS1_7BIT//7位长度LL_I2C_OWNADDRESS1_10BIT//10位长度*/}LL_I2C_InitTypeDef;2、工作模式设置voidLL_I2C_SetMode(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tPeripheralMode)；/*设置模块工作模式@regCR1->SMBUS、SMBTYPE、ENARP@refLL_I2C_MODE_I2C//I2C模式LL_I2C_MODE_SMBUS_HOST//LL_I2C_MODE_SMBUS_DEVICE//LL_I2C_MODE_SMBUS_DEVICE_ARP//*/uint32_tLL_I2C_GetMode(I2C_TypeDef*I2Cx);3、模块开启/关闭函数voidLL_I2C_Enable(I2C_TypeDef*I2Cx);/*使能(开启)I2C模块@regCR1->PE*/voidLL_I2C_Disable(I2C_TypeDef*I2Cx);/*禁用(关闭)I2C模块@regCR1->PE*/uint32_tLL_I2C_IsEnabled(I2C_TypeDef*I2Cx);/*检测I2C模块是否开启@retval:1//开启0//关闭*/4.时钟延长控制(ClockStretching)参考/happygaohualei/article/details/52864694通过将SCL线拉低来暂停一个传输.直到释放SCL线为高电平,传输才继续进行。一般情况是从机在发送过程中将SCL接地，主机无法拉高电平后暂停传输，从机处理完成任务后释放SCL，传输继续。大多数外设不支持时钟延长功能。※STM32默认允许时钟延长voidLL_I2C_EnableClockStretching(I2C_TypeDef*I2Cx);/*使能时钟延长。@regCR1->NOSTRETCH*/voidLL_I2C_DisableClockStretching(I2C_TypeDef*I2Cx);/*禁用时钟延长@regCR1->NOSTRETCH*/uint32_tLL_I2C_IsEnabledClockStretching(I2C_TypeDef*I2Cx);/*检测是否启用时钟延长@retval1//启用*/5.自身地址设置地址在从模式下由硬件自动比较voidLL_I2C_SetOwnAddress1(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tOwnAddress1,uint32_tOwnAddrSize);/*设置自身主地址，并设置地址模式(7位或10位)@regADD0ADD1_7ADD8_9ADDMODE@paramOWnAddress//自身主地址OwnAddrSize//地址模式(7位或10位),@refLL_I2C_OWNADDRESS1_7BITLL_I2C_OWNADDRESS1_10BIT※若启用第二地址，设置为7位地址模式*/voidLL_I2C_EnableOwnAddress2(I2C_TypeDef*I2Cx);/*双地址模式(启用第二地址)，启用后只支持7位地址模式@regOAR2->ENDUAL*/voidLL_I2C_SetOwnAddress2(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tOwnAddress2);/*设置第二地址(7位)*/voidLL_I2C_DisableOwnAddress2(I2C_TypeDef*I2Cx);/*禁用双地址模式@regOAR2->ENDUAL*/6.广播呼叫控制(GeneralCall)当本机作为从机接收到地址0x00时，将被选中并发ACK(如果使能ACK)，0x00即广播地址。voidLL_I2C_EnableGeneralCall(I2C_TypeDef*I2Cx);/*使能广播呼叫。@regCR1->ENGC*/voidLL_I2C_DisableGeneralCall(I2C_TypeDef*I2Cx);/*禁用广播呼叫.@regCR1->ENGC*/uint32_tLL_I2C_IsEnabledGeneralCall(I2C_TypeDef*I2Cx);/*检测是否启用了广播呼叫。@retval1//启用*/7.模块时钟配置请在模块关闭的状态下配置*voidLL_I2C_SetClockPeriod(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tClockPeriod);/*配置SCL时钟周期;@regCCR->CCR@note具体配置参见MANUAL的CCR寄存器(前有)*/uint32_tLL_I2C_GetClockPeriod(I2C_TypeDef*I2Cx);/*读取CCR->CCR的值*/voidLL_I2C_SetClockSpeedMode(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tClockSpeedMode);/*设置速度模式(标准/高速)@regCCR->FS@refLL_I2C_CLOCK_SPEED_STANDARD_MODE//标准模式(最高100kHz)LL_I2C_CLOCK_SPEED_FAST_MODE//高速模式(最高400kHz)@note※高速模式下可设置信号占空比*/voidLL_I2C_SetPeriphClock(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tPeriphClock);/*设置模块的输入时钟(e.g.36Mhz,84Mhz...);单位Hz,函数自动与10MHz对齐;@regCR2->FREQ*/uint32_tLL_I2C_GetPeriphClock(I2C_TypeDef*I2Cx);/*读取模块的输入时钟(由上一函数设置)@regCR2->FREQ=@retval*/voidLL_I2C_SetDutyCycle(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tDutyCycle);/*设置信号占空比(※仅高速模式)@regCCR->DUTY@refLL_I2C_DUTYCYCLE_2//低:高=2LL_I2C_DUTYCYCLE_16_9//低:高=16:9*/uint32_tLL_I2C_GetDutyCycle(I2C_TypeDef*I2Cx);/*获取信号占空比(仅高速模式);@regCCR->DUTY*/voidLL_I2C_SetRiseTime(I2C_TypeDef*I2Cx,uint32_tRiseTime);/*设置主模式下SCL的最大上升时间。@regTRISE->TRISE[5:0]@note默认值0x02计算方法请详细参看MANUAL*/uint32_tLL_I2C_GetRiseTime(I2C_TypeDef*I2Cx);/*获取主模式下SCL的最大上升时间。@retval=TRISE[5:0]*/时钟配置整合函数(优先使用):voidLL_I2C_ConfigSpeed(I2C_TypeDefI2Cx,uint32_tPeriphClock,uint32_tClockSpeed,

uint32_tDutyCycle);/

配置输入时钟、时钟周期、占空比(高速模式下)

*/8.SMbus部分暂不补充9.关键控制①ACK控制(接收时)voidLL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C_TypeDefI2Cx,uint32_tTypeAcknowledge);/

配置应答使能(是否接收到一个数据(地址或数据)后返回一个应答)

@regCR1->ACK

@refLL_I2C_ACK//返回应答

LL_I2C_NACK//不返回应答

*/②生成起始条件与终止条件voidLL_I2C_GenerateStartCondition(I2C_TypeDefI2Cx);/

生成起始条件(S)，可与SB配合检测起始条件的生成状况

@regCR1->START

@note起始条件发送后START位自动清除

*/

voidLL_I2C_GenerateStopCondition(I2C_TypeDefI2Cx);/

发送终止条件(P)

@regCR1->STOP

@note终止条