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基于STM32软件实现底层函数经验分享—IIC通信

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攻城狮Melo 发布时间:2023-3-18 15:50
使用GPIO引脚模拟SDA和SCL总线实现软件模拟IIC通信,IIC的具体通信协议层和物理层链接:
' N& P) Z0 ], D1 h- P! \3 W
  1. #ifndef __BSP_IIC_H
    8 `  g' J+ Y, g+ J, p2 N
  2. #define __BSP_IIC_H) w7 v, r8 R  g8 E

  3. " q6 O+ p* f. N+ i, o/ W8 U
  4. #include "stm32f10x.h"( q- ?( e- T5 X. G" S4 l

  5. - O- |2 v; G1 T9 F& g
  6. ; n0 i2 p3 `# w% y5 n# d: p
  7. + o. I4 }8 q2 C% ^  p
  8. #define SCL_PORT         GPIOA
    ; C* q- v. y) X& i8 _/ x
  9. #define SCL_PIN          GPIO_Pin_2
    ; u; [. J7 U" g8 @9 |" b
  10. #define SCL_MOOD         GPIO_Mode_Out_OD
    - \; l6 ~" ~! V7 e
  11. #define SCL_SPEED        GPIO_Speed_50MHz
    0 Q' C; o8 A: H( a+ T7 H

  12. . g  ~# u, }6 a$ b# L  C2 }4 S4 D
  13. #define SDA_PORT         GPIOA6 l  e+ I' G/ Y1 @2 X: Q
  14. #define SDA_PIN          GPIO_Pin_3' f0 c6 O: w7 O8 w
  15. #define SDA_MOOD         GPIO_Mode_Out_OD, \8 |6 \! t/ `7 Z6 z% Q% g; J7 f
  16. #define SDA_SPEED        GPIO_Speed_50MHz
    $ C$ D  M% M/ m' U+ F) }3 O

  17. % `+ K; x' E! q: T5 \( \3 c: k
  18. #define SDA_1()          GPIO_SetBits(SDA_PORT, SDA_PIN)
    ) [+ T* `  u* w  ?% s
  19. #define SDA_0()          GPIO_ResetBits(SDA_PORT, SDA_PIN)- o# k, r/ T: f& ~+ p
  20. & ~$ G  ~0 d1 W& I7 X2 V% b2 E' ?
  21. #define SCL_1()          GPIO_SetBits(SCL_PORT, SCL_PIN)
      |( z" o+ t( @' `) e, @
  22. #define SCL_0()          GPIO_ResetBits(SCL_PORT, SCL_PIN)
    2 \& H9 g( |5 k/ M

  23. ! i8 G$ X& l3 u/ q* K
  24. #define SDA_READ         GPIO_ReadInputDataBit(SDA_PORT, SDA_PIN)
    ; N. T4 s# A: _$ C' r* ^' n
  25. : w2 B3 t# k. n: B' _: J. K
  26. 6 m9 k' D" ?3 W8 m; i  i* M
  27. /* ACK原型为acknowledge,意为:报告已收到 */
    & m) c. u  r" f( n  J9 |) y0 \
  28. void Delay(void);0 S( U) L$ E$ P$ m4 }/ Y) L# i
  29. void IIC_START(void);
    ( A7 O$ a9 X9 K1 E$ F8 M; p2 v& [
  30. void IIC_STOP(void);
    ) L9 X- ~% l1 J5 f
  31. void IIC_ACK(void);. \# W* m; i8 m( ]0 s" Q) n8 G' Q# A
  32. void IIC_NACK(void);/ c2 X7 C( q1 x% f2 `$ M+ `
  33. uint8_t IIC_ReadACK(void);7 s: y  |3 j& C+ Q0 u4 @6 b; V
  34. void IIC_SendByte(uint8_t data)        ;
    . x. N  Z; N4 N/ j9 U4 ^8 h" n9 x, N
  35. uint8_t IIC_ReadByte(void);* G6 s/ q2 E" C) {
  36. void IIC_GPIO_Config(void);
    4 G- f+ o4 n2 u: [
  37. ' q7 W! T+ E& s& X$ _8 p' d. M

  38. . P- P: D- D$ E' f
  39. + L! [; F0 r4 H! q2 D# u
  40. 5 y; P+ Q' y, w8 |0 f
  41. #endif     /* __BSP_IIC_H */
      x6 b% U" o" t9 K8 Z: {* e$ L. g9 X
  42.   |* p* ]- b3 E" X% _% O& F0 r2 L- I
复制代码
  1. ) U5 o7 ~2 V7 J! }' B% W
  2. 0 ^7 d; K  k  o. t
  3. void Delay(void)
    " E7 |$ H) J) B# A3 j7 d% D
  4. {
      s5 m% W) {0 k/ Z; e' v) V1 }
  5.         uint8_t i;. Q# Y( @/ p" S' i5 u% u. j
  6. 5 M: e- V% h* W  w% x0 ]7 {7 j
  7.         /* 
    % s, x# `) m0 ~4 N) b
  8.                  下面的时间是通过逻辑分析仪测试得到的。7 u/ n# X$ b4 R3 U
  9.     工作条件:CPU主频72MHz ,MDK编译环境,1级优化" r' V) \2 O0 o# K' Q) h8 P
  10.   7 k; h/ [. I1 G) t# b$ D
  11.                 循环次数为10时,SCL频率 = 205KHz
    9 e, X/ L7 ?& x; r1 Z' K+ c' l
  12.                 循环次数为7时,SCL频率 = 347KHz, SCL高电平时间1.5us,SCL低电平时间2.87us " W0 S0 E0 W  M5 U7 v2 }
  13.                  循环次数为5时,SCL频率 = 421KHz, SCL高电平时间1.25us,SCL低电平时间2.375us
    " @5 y( ?  R0 ]. c$ x" X% W
  14.         */3 p8 ~: l8 q5 X3 Q- P
  15.         for (i = 0; i < 10; i++);- l  `1 v+ c1 O2 ^! U4 F  q6 u
  16. }6 f/ E% t5 @; z7 q& ^
  17. . v0 T- X1 F; r3 a3 M4 Z7 @
  18. ' i; J7 a& g) S3 ]6 E
  19. /* SCL高电平时期SDA产生下降沿表示起始信号 */
    * k& \9 ^; Q+ r/ D: u
  20. void IIC_START(void)+ O" C+ y$ |7 O* X  }7 {
  21. {
    , V& x% q# J7 g0 o) Z5 n% ~. w+ f4 T
  22.         SDA_1();
    ! G& c  s0 M2 [0 x3 i1 p
  23.         SCL_1();" [5 M: _! `" C
  24.         Delay();
    1 C" d8 W3 A. W8 t. q0 r  N, E
  25.         ( Q  ]: E) p( |% b& }0 p0 E
  26.         SDA_0();
    ( a+ c, |9 |- R$ ]* w
  27.         Delay();
    ( t, I; t* V7 i3 u7 ~
  28.         SCL_0();% h7 }8 U. x# `( [+ {* O) {4 J
  29.         Delay();
    . p7 e# G5 S2 }2 ^0 ~
  30. }
    4 y* I' P0 m9 i- K+ i& U, S  c5 a2 @
  31. ; I1 z% m) ]) f% }, i; ]
  32. & g" P7 d/ V5 Q5 {# Y$ x
  33. $ D' w& ]' X( P% S9 w' @; T- F3 b
  34. /* SCL高电平时期SDA产生上升沿表示停止信号 */2 ~- t$ c5 u& B1 R5 }3 S7 K
  35. void IIC_STOP(void)
    : `" I, Q( I0 V
  36. {
    ) s! G6 c* B" x# \$ G" p" u: C
  37.         SDA_0();
    8 f. A( y! Z6 r! r+ j' L
  38.         SCL_1();/ O+ m, d; y6 ]; c, |
  39.         Delay();) M. A* O; m8 I* \% i* `) J
  40.         5 k# F; u$ p3 Q6 u5 g" ?/ s
  41.         SDA_1();
    1 N' j! @1 q+ k! r& q8 \/ D0 z
  42.         Delay();7 A1 d* f8 C- |" w
  43.   /* 停止信号后SDA和SCL都为高电平 */
    6 @- T2 B& d2 O/ n
  44. }) N! \, C6 v2 b7 O* p

  45. 1 k: a6 o! G/ r1 C1 w

  46. 2 I2 @! A- I5 s* j
  47. /* SCL高电平时期 SDA保持低电平代表 应答信号 */
    " y* r9 n3 G2 c, L$ V
  48. void IIC_ACK(void)
    ! j6 m/ j5 V5 O! D1 p& E
  49. {
    6 j( e3 p% V8 T% s1 D6 x
  50.         SDA_0();
    - c, F( q  y! L- W. Q9 z
  51.         Delay();* u. ?8 i6 O2 E5 C
  52.         SCL_1();
    & L. q) A0 x3 f( n+ ~7 C! E
  53.         Delay();
    $ R4 \% Q$ s( m6 f4 g8 n
  54.         $ ^5 \; r( W, ^1 j' ~4 l
  55.         SCL_0();* i5 ~9 `8 X' h% k8 h4 _
  56.         Delay();7 L# ~' E' H( _3 T+ O* ~$ P
  57.         SDA_1();3 u5 r8 z3 N% G
  58. /* 随后释放SDA总线 *// {) z6 M& V# t% D+ d
  59. }' ~9 h) c. d+ X2 s+ u0 T% G3 z

  60. & F1 ?8 }6 r1 ^" S8 f' b3 k- T# J
  61. 9 h" Z/ S! m" E. a+ R& ~; n
  62. /* SCL高电平时期 SDA保持高电平代表 非应答信号 */
      c3 {. S" ^8 M+ f' K
  63. void IIC_NACK(void)% x% k4 N# \' o
  64. {: Y9 L! t. N3 P8 h2 u! b. T
  65.         SDA_1();2 n; D% H9 M7 u* C% h0 j8 g; E
  66.         Delay();
    . g9 f# N) a7 Y- J
  67.         SCL_1();- q, F5 s7 Y& I5 _% c: r; ?
  68.         Delay();7 c8 ~& B2 f3 }5 |% l; m5 c2 i; G
  69.        
    0 s1 M3 S/ g' q. k
  70.         SCL_0();
    4 P7 J' b' k, S3 E! }
  71. /* SDA已经为高电平,无需释放 */
    9 p1 I2 G' w9 }: s* [2 O1 _
  72. }
    2 r* K8 G  J* J3 n2 y- E
  73.   S: Y$ T( }9 X% {% b* F& ?1 m
  74. 9 Q/ j2 ~( R) b2 n2 ^
  75. /* CPU产生一个SCL时钟,读取应答  ACK:0   NACK:1*/' f- M& P& C4 J* ^$ m5 g6 @' s
  76. /* 因为SDA平时为高电平,所以没有收到应答时,SDA还为高电平,即读取到 1 为非应答 */
    ' u8 J, u& e) g6 }3 G7 T$ ]
  77. uint8_t IIC_ReadACK(void)
    . u; b8 z9 {& t
  78. {
    * F2 I- {! m0 C! {
  79.         uint8_t k;
    7 N6 Q) o: ~4 e2 W# W
  80.         /* 释放SDA总线 */
    + u2 J. h* C5 a3 |
  81.         SDA_1();
    5 x0 h5 D9 O, ]1 ?% g6 i% X
  82.         Delay();! a3 a  t# ^- {* i
  83.         /* SCL为高电平时,才会读取有效数据 */4 d2 X! d5 H9 R) g# z% c
  84.         SCL_1();' t& e3 e$ c  q0 r. J
  85.         Delay();
    6 O7 I; v) M) k; Z" {2 x1 E' \3 p
  86.         4 I. n9 t/ i! N+ V
  87.         /* 读取信号 */& [7 d2 v2 V: j* s
  88.         if(SDA_READ==1). n9 s1 {5 G& e; j. P
  89.                 k=1;
    , e, \' x1 A( O7 q% J3 j
  90.         else9 L; C# e6 m& l, N( q
  91.                 k=0;" b$ c, [& T- `4 U1 T$ X+ P% x- F$ x
  92.         /* 收到信号后SCL要拉低 */' D: B) `4 f$ M( J, E
  93.         SCL_0();
    + [! ?; w" n* s1 Q& j' `
  94.         Delay();. y' ~8 T6 l# P( R
  95.         return k;& @5 N! I# s/ ?0 I
  96. }
    + u% Z. _2 C$ L4 b3 g2 {
  97. 8 S# F- a3 E* v. M

  98. % l9 H7 g" \$ O* j: ?! d4 l& i( T
  99. /* 发送一个字节,先发送高位 */
    & Z! P8 y& g* |1 b3 ^5 a
  100. void IIC_SendByte(uint8_t data)
    9 r: r$ X4 h, y9 g' n! e) m
  101. {  O0 V; c( s4 o1 r/ C
  102.         uint8_t n=0x01;2 ^$ P! K% g3 u* ?
  103.         int i;
    : a# J" v0 P; U& W: E9 x
  104.         SCL_0();: f7 J' g! @5 u- h% x
  105.         Delay();
    ! m& Q$ K3 G) Z$ J; u. j
  106.         for(i=7;i>=0;i--)
    4 Z0 Y' Z. Y" k7 x2 Y8 m& A1 f
  107.         {' v9 W4 k" C" t; k7 F% \
  108.                 if(n&(data>>i))
    % E8 @8 }: B2 J1 T- H
  109.                 {
    2 e; C1 [) M( X' L+ T
  110.                         SDA_1();' q9 X6 x7 I  n  [! W% d
  111.                         Delay();3 P; ^0 x5 C, i4 \$ h1 b3 n* ?
  112.                         SCL_1();
    2 b7 ~0 i( q" V4 q" Y
  113.                         Delay();
    5 I- K* L) Q  C! z" X% i
  114.                 }$ m, |4 i: R. h' W' }5 U3 a2 S
  115.                 else
    ( i/ @! `- Y2 {7 A
  116.                 {
    " c. \8 x, x: ~& `& O( G
  117.                         SDA_0();
    * N9 h: x' Z3 ~
  118.                         Delay();
    * C$ p  o# f4 b2 H# Z+ }
  119.                         SCL_1();. D  x" G& s" |
  120.                         Delay();
    ( e- v/ }$ u! K# u2 v
  121.                 }
    : g- V$ d2 Q' @+ a
  122.                 SCL_0();! b6 Z* ~  `1 P- u4 ]4 f
  123.                 Delay();; s% V2 p9 l: b
  124.         }
    ) g3 i" r6 F5 O% U! P
  125.         /* 发送完一个字节后释放SDA总线 */& B1 _% ?8 E0 S# L5 m
  126.         SDA_1();
    # [4 R1 k+ k$ X7 s- F  {
  127.         Delay();3 @* u& J6 ~6 ?
  128.         ' o8 F! g; @. Y) G" o3 _
  129. }/ W$ d; y9 R. E

  130. 6 {1 y' }$ B& E4 h/ N8 t
  131. /* 读取一个字节,在CPU产生的SCL高电平时期读取 */
    . g2 ?4 Q% n$ T+ u4 n/ O( d
  132. uint8_t IIC_ReadByte(void)
    ! ^; n3 v0 r$ Z' p
  133. {  G1 i5 b" i& P2 d# Z
  134. //        uint8_t i,data=0;; S9 a# r# Z% L4 ^3 K
  135. //        for(i=0;i<8;i++)1 [, ^# n. D9 R( D
  136. //        {
    ' @1 S& b6 O6 |& `' t' j. r
  137. //                SCL_1();$ @9 p' |# X6 C5 c
  138. //                Delay();" U8 [5 c. V4 e0 a
  139. //                if(SDA_READ)% X" U( Z5 x: N5 z4 O. b
  140. //                {4 d1 J9 p& R1 R
  141. //                        data++; /* 利用自增实现对最低位写 1  */
    ( `8 `! b+ p  \
  142. //                }6 I, F0 @2 K' h; h7 l$ n8 V
  143. //                data<<=1;
    ' p% Y$ R9 }' {( F( v/ y
  144. //                SCL_0();: }# h8 ^# H* c
  145. //                Delay();
    8 {8 S/ u, A7 T' E/ t1 `/ d
  146. //                ( Y  e1 o; x' m7 S, [* ^& Z0 q0 h% Y: ^
  147. //        }
    3 l- c; M1 v' Q
  148. //        return data;
    ! B6 u/ @& O3 ~8 s& z; y* ?- S; Z
  149. //        2 Z+ _6 M/ j& `, }1 q" _
  150.         " O* Y0 S) T* z4 F
  151.         uint8_t i;1 `4 Q3 |" b/ c4 Q! z7 p3 K% N$ L
  152.         ' `8 m& O7 g& w4 M2 \  ^; @
  153.         uint8_t temp = 0;
    * u. \9 `1 S8 ~8 y, R3 I- t
  154.         * z7 Z3 C8 x7 R: y
  155.         for(i=0;i<8;i++)
    / D# v- c3 p+ z1 X3 {* P! f! M7 o
  156.         {                " L) v7 U2 Y& d8 O% H
  157.                 temp<<=1;
    ! I& p$ ?5 ~& y; d0 _: L" J4 m
  158.                 7 |& f, E: ?) y0 B7 k, ?0 F
  159.                 SCL_1();2 X& d+ Z8 b# H/ ]2 @! T
  160.                 Delay();( i1 U. P+ _$ d7 J/ [
  161.                 & \! z! Z7 Z6 o
  162.                 if( SDA_READ==1 )
    + J6 J' m( `+ ]5 z- V& O1 J
  163.                 {
    ' ~' W2 E5 z& W% u
  164.                         temp += 1;- \" q9 ~% D, U5 {! H5 G( ^/ h
  165.                 }, U2 G3 O% g% ^+ @* a2 Y
  166.                
      m) e) Q" k& o* c  ?- t
  167.                 SCL_0();6 ]+ l: l! f# ?' ]4 j- H+ H/ O" c
  168.                 Delay();
    ! {' ~6 Z: ?: h9 I! C, N( U
  169.         }               
    " A( b6 A' \  g) Y
  170.         , e- h" S4 e* s7 \
  171.         return temp;% m7 O. J( t8 m# I, E# \
  172. }
    1 B9 {' O) E( `, {; c' _
  173. ( _$ U4 q+ w# t
  174. 2 I8 U  W3 @3 f9 A/ W

  175. + V' u" d" c9 b' P" ~
  176. /* 配置SCL和SDA对应的GPIO引脚,模式都为开漏输出 */, l* s" u& c% M, s; ?+ z
  177. void IIC_GPIO_Config(void)
    2 G! N( V" X0 N) `2 l  m
  178. {" @6 ~% n, A8 E: B% ]
  179.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;5 q, }# B7 o, M1 ], A
  180.        
    2 }: s; }& k. F' P. F, `6 n2 w; I
  181.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);' f$ i, N  Q8 W
  182.        
    4 c' w1 b* X9 X8 j+ f0 u
  183.         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = SCL_PIN;
    ; o6 Y1 Q1 l9 _. P$ [1 ^, P3 t
  184.         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = SCL_MOOD;6 k) _: {  K& l6 f0 ~$ y$ z& y
  185.         GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = SCL_SPEED;
    ; Y5 G( M! T4 |! l8 v
  186.         GPIO_Init(SCL_PORT, &GPIO_InitStruct);
    , j0 F. y8 \! z5 j2 U( P4 m
  187.         * ?) r2 c8 _3 N% k! x3 P
  188.   GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = SDA_PIN;
    7 h0 k$ e% a# A8 N1 }' O9 [
  189.         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = SDA_MOOD;
    6 R8 y7 M3 Z- l' k
  190.         GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = SDA_SPEED;
    4 [: q% y+ l7 O2 O2 G
  191.         GPIO_Init(SDA_PORT, &GPIO_InitStruct);4 }3 T% x; m/ W1 p" I
  192.         # B% H3 Z# g' ~! Z0 Q4 D
  193. /* 给一个停止信号,使IIC总线上所有设备处于复位 */
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