IIC(Inter-Integrated Circuit)是一种常见的串行通信协议,广泛应用于各种嵌入式系统中,包括STM32单片机。在STM32中,IIC通信可以通过硬件IIC和软件IIC两种方式实现。本文将介绍IIC的基本原理,然后重点探讨STM32中硬件IIC和软件IIC的区别。4 r8 T/ f3 Z1 p7 W
9 w* c# c+ k+ ^: M5 d+ K7 P! s
& l7 [+ S1 g! \$ Q9 C
" Q. e1 ]1 j A3 WIIC基本原理:IIC是由飞利浦(Philips)公司提出的一种串行通信协议,适用于在同一电缆上连接多个设备。它采用两根线进行通信,即SDA(数据线)和SCL(时钟线)。设备之间通过这两根线实现数据传输,其中SDA用于传输数据,SCL用于同步时钟。
& D% {- I. E o' F2 ]9 E3 e, i" U; G
# y1 N" b& W9 ~- w% @
; f: j. b9 y6 k一对IIC总线上面可以挂载多个设备并且多个设备之间有不同的地址,所以我们可以根据不同设备的地址来实现不同设备之间的通信。' U6 ]) w9 ^# p7 x
- d; `& i2 M6 W
软件IIC
7 F. p2 [3 a" X- [3 e; L% r在STM32中,软件IIC是一种通过程序控制GPIO口模拟实现IIC通信的方法。这种实现方式常用于一些资源有限的应用场景,或者在需要更灵活控制IIC通信时使用。1 k9 c1 c4 U6 ]3 U0 u( }
) {" d9 T. v- @8 N# r/ \2 C) |
) s/ ^1 ]; n" v+ u4 }4 H0 z
* l$ p9 R5 {; X0 Y& p2 s总而言之,软件IIC是利用GPIO的翻转,一个IO模拟SCL线,一个IO模拟SDA线实现IIC通信协议的实现。2 _7 t F: L3 T$ ]1 O- i# _
O1 ?$ ^* Y, N w: P软件IIC不需要对IO有特殊的要求,只需要两个普通的GPIO即可实现,因此较为方便也方便移植,不同设备只需要重写IIC的基本通讯即可。# v9 N% A0 M) V+ u `" L
- // 定义IIC的GPIO口和引脚
* Q6 y0 S; h3 S0 d - #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_69 R1 ?+ b1 l* a' c- h! w
- #define IIC_SCL_PORT GPIOB
% e9 k* E& W) \* {- J* _, m6 {% P4 s
; j- f/ r9 L- |4 l
& z( ]" c" {& p- #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9/ L" `" {6 ^. [ ~- J
- #define IIC_SDA_PORT GPIOB0 y/ {. O& C' }5 X$ M2 {7 Y6 ]
- 7 O) L. ]- ^; y* i
& H+ N5 R* H' u% Q+ g+ \" X9 ]9 y- // 定义读写控制位
$ @7 x& B: j/ Z% q; w+ | - #define IIC_READ 1/ u1 A9 V2 D" }9 f$ p
- #define IIC_WRITE 0
4 a0 {4 E6 y; U' |
, H; d* K; O" u& w1 o n7 f, e, R
2 G; R) l; [2 M" C% A y- // 定义函数
6 J" k, I6 J9 t6 M) E* v - void IIC_Start(void);
! d% L0 s6 b/ @! `; g; g - void IIC_Stop(void);
0 Y& J4 O9 J' R' A5 i/ ^ - void IIC_SendByte(uint8_t byte);
0 T8 Q0 M& o# ^* X* d - uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
5 T; \2 g, R8 c6 _% v - $ n* s% E9 A% V) U6 a7 b1 p+ P
- ) ~4 t. W* l- u: ?, [" O+ X" d
- + A2 e3 w" x* a# L A
' X. M: Q( R0 P( |/ v- // 启动IIC总线
" r% a2 Z0 E, m( C& l' Y) ` - void IIC_Start(void)1 d) r& S3 @2 {8 x
- {9 ?( ~, s2 z/ W5 X4 t! X; g
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);; @ i4 e5 u5 ]5 q& y9 B4 b
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);$ ~/ i9 l3 \4 J$ c% A# Y; l0 d
- HAL_Delay(2); // 稍微延时,确保时序正确; A) G3 }, F! `0 S9 J x U
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);8 @6 T3 W5 B4 W) e. h
- HAL_Delay(2);! D; D4 e+ G- T8 m! d
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);5 @) B" a6 _1 r- R \. _3 `5 `/ f
- }
7 `6 r' |$ L) D* V% R5 g
; ^; m- b2 D' v1 A$ L" X! F P- 3 z# v# Y. V. G/ j( H& c8 e9 X4 s
- // 结束IIC总线
2 y$ t: e9 n, ]. D& {: m - void IIC_Stop(void)$ s4 A8 t- Y7 _9 R; U% R# I6 r
- {
F/ d( O. X' h' Q- i8 \ - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
: O7 @$ I* l/ X" U# U - HAL_Delay(2);
( p) p, T6 Q* ~+ k - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);6 G. a! n. i. w7 K0 y6 C
- HAL_Delay(2);
7 H _3 B }5 ]; `4 l - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);+ h6 {% [' q9 s0 e) A
- HAL_Delay(2);
% h" i n' y* Z0 F/ v - }" U% W6 R/ s) q6 p4 {8 I/ R8 t
4 J9 R# L) f8 ?% O9 t$ J* ]
4 ^$ m9 l- M. |7 I2 H, a- // 发送一个字节* n: p+ o. ^! A/ u4 a1 F( [4 e
- void IIC_SendByte(uint8_t byte)3 c' L; W/ V) k! z: s0 M( c! x
- {
D+ N# n% z% J; ?8 q - for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
: [! X$ j F3 \* V$ o - {3 ^; q* s' o( ^3 y# E
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);, v, g0 J G4 ^7 z( D9 S
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, (byte & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);( z! N% h; `. L3 L0 z3 \! Y/ H
- HAL_Delay(1); // 稍微延时,确保时序正确9 j) r8 A' T+ |: T
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);* s! Y0 q* u1 P
- HAL_Delay(1);: x4 h2 w7 _5 ]2 D
- }0 w9 w: x6 k+ n$ G' [, s% u) Z
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
* J% B8 k- R. ^% z- {5 W/ \ - }
/ s: t2 P: W4 T$ g9 i' I& i
U% O2 H! R9 V3 M( S1 q. H( u5 L
' F- w' n* J' B- // 读取一个字节
1 f! t0 o! @/ R1 V' U3 O - uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
. C( x! M! B( p - {+ {3 z2 D# g2 r6 ^
- uint8_t byte = 0;
" j. n/ R3 Z V! C2 ]9 x - & n6 t; [( a8 O3 H; S
- HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);7 s) U7 u( i' j- }! S q& F$ F! X" m
- for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
( W Y. A# C/ R. r9 h - {
* p2 B; P8 P( Y0 A" w. M: W - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);- D z6 t( Z: s
- HAL_Delay(1); // 稍微延时,确保时序正确
]8 C2 |; W* Q, \* ^/ N5 F - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
% O4 z" f4 ~, I) U7 j - HAL_Delay(1);
: }9 ?: N3 `- a8 ^ |" B - byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);: o0 O8 B" P( X b6 y2 i
- }" `$ P2 r2 }; k# Y
-
9 j# I- T$ }+ @9 ^: m& K0 l - if (ack)
* X2 g6 ~6 p" n- \5 ?+ e0 ?3 z5 b - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答7 e; n1 S: P: [: H7 ]9 {
- else
9 H( e0 C! H6 P - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET); // 不发送应答
; U. {% A, E2 u8 q5 T7 f( t' Q -
" W' _( R& [2 Q. m3 P - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
) ^6 L }. C& C7 F0 v0 W# E S - HAL_Delay(1); // 稍微延时,确保时序正确
% `& a% v/ h3 Z: l$ q9 W* ` - HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);) C6 f' i5 }, V& U1 q3 A
- HAL_Delay(1);; v0 V, l' |- Y) q1 Q
- 0 @$ k3 p; f% b* Y2 l
- return byte;
2 I4 }$ j& j, b2 E& X$ g - }
复制代码
: i# }0 p2 |9 O9 `/ c例如IIC的启动信号为:SCL为高电平的时候,SDA从高电平转为低电平。
2 i, i: \8 f j9 z2 q* f/ Q' ^( V1 R/ l3 y9 C' J8 q) p, E& g
IIC的结束信号为:在SCL线是高电平时,SDA线从低到高的跳变。* o2 O* l5 q- K) ]4 x5 N1 L
& P0 z- Z! |6 @因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。+ f- a2 j) w9 m0 L2 ?
) m& u3 k/ y# U( E: k: B- ?2 k但是这种方法的弊端也是非常明显的,需要占用CPU,其次这样子并不能确保I2C时序的正确性。所以无论是稳定性还是可移植性还是IIC的效率都欠妥。
% P- o. l" F4 q: w* T4 O e+ Y" q3 v4 W( w+ O) w8 q
STM32中的硬件IIC ( Y7 ?* ^8 ~; y. {! K5 R. V- Q
STM32系列单片机提供了硬件IIC(Inter-Integrated Circuit)模块,用于支持IIC通信协议。硬件IIC通过专门的硬件模块实现了IIC协议的基本功能,包括起始信号、停止信号、时钟同步等,无需用户通过软件模拟实现。
, y4 W/ r4 D- U' j$ F/ X
! ^+ [9 ^$ f' T1 y; \STM32硬件IIC优势:
4 [# w7 s- d2 |1.高效性: 硬件IIC使用专用硬件模块处理通信,不需要CPU直接参与,提高了通信效率,降低了对CPU的负担。( X& f6 J4 z6 D. D; {% B Z
2.时序精确控制: 硬件IIC模块能够精确控制时序,确保通信的稳定性,避免了由于软件执行时间不确定性而引起的时序问题。
: {5 A: S# l9 n2 t; i2 S3.多主机模式支持: 硬件IIC模块通常支持多主机模式,能够轻松处理多个设备同时访问总线的情况。
# r) M. S1 z" e# w, n4.易用性: 由于硬件IIC是芯片内置模块,使用起来相对简单,只需配置相应的寄存器和引脚即可。+ P ^$ W( _2 @
5.占用资源少: 硬件IIC模块通常占用较少的资源,对于资源有限的嵌入式系统来说,是一种较为理想的选择。5 R v& ~1 Y8 x* S/ C2 _
) T7 B" a2 {0 M/ E6 Q# I, c7 c
! p5 N) A5 x3 l9 f* D% i9 g* |' I, F* p3 X$ o2 s
在CubeMX中配置好硬件IIC即可利用HAL库函数进行IIC通讯。- static void MX_I2C1_Init(void)
' G$ T t8 [; m& v* X - {
9 O: y. i" Z. i5 j0 j6 k9 d - hi2c1.Instance = I2C1;
" o/ F# K& ]3 v - hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;) k; E* _/ C0 ]
- hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;% C9 y% J& R+ r# Y; n
- hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
" V; O, B2 K/ b - hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;" Q% n: i+ X! l6 h# A' k& b, D2 D
- hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE; N8 r$ [$ \+ c7 @" H3 {
- hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
9 J: A6 Y3 } S* A( m - hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
- R$ S' Y% H6 K) [* D9 u - hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
2 w0 ?% I2 K- ^% d - HAL_I2C_Init(&hi2c1);
) J0 ~: I/ r1 H2 d5 O/ t - }: I: w) s0 h3 V8 t' R
+ K* e% w! E: }/ I4 p; a0 ]+ r
; J+ o. A* k- {6 h1 N# I& C- uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址4 g. V! D5 I0 L& l
- uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址# Q( t0 j) U& Y8 J6 w: \( j
- HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, deviceAddress, ®isterAddress, 1, HAL_MAX_DELAY);
复制代码
- s/ Q [9 c( C! q& w& t9 A调用CubeMX的初始化函数,之后就可以使用例如HAL_I2C_Master_Transmit,HAL_I2C_Master_Receive等函数来实现IIC通讯。
; i# s8 L3 q) _5 j& R Y7 A
. ^' t- e, z, a4 P* ~5 \# G3 G! w7 x7 \, c: ^$ T
STM32硬件IIC缺点:
2 n# u3 R, W. Z1.资源占用: 相比软件IIC,硬件IIC模块可能会占用一定的硬件资源,因此在资源受限的系统中需要谨慎选择。' n' i- Q6 P' Z c; x
2.灵活性: 硬件IIC通常由芯片内部硬件模块实现,因此在一些特殊场景下可能缺乏一些灵活性,例如无法更改时序。
( U3 b% \! W: r3.部分限制: 不同型号的STM32芯片的硬件IIC模块可能存在一些差异,不同芯片的IO不一样,所以设计时需要谨慎检查。
5 \# [+ K1 O" f4 s7 x% M
0 V J$ { D L总体而言,STM32的硬件IIC是一种高效、稳定的IIC通信方式,特别适用于对性能要求较高的应用场景,同时在易用性和可靠性上有较大优势。在选择IIC通信方式时,可以根据具体需求权衡硬件IIC和软件IIC的优缺点。, q' |+ c$ p y' s5 E
" h e) x/ @0 z) u1 E) o8 i" T! a" s6 f9 \. S; ~2 {
7 |- |* k: @0 Q9 u
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6 z: h3 j" N% c8 H如有侵权请联系删除& ]7 O7 L# v# A) h
( m& p) p t/ u" P$ G3 S4 _8 k
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