【正点原子探索者STM32F407开发板例程连载+教学】第29章 IIC实验I2C

2019-07-21 04:23发布

第二十九章 IIC实验

[mw_shl_code=c,true]1.硬件平台:正点原子探索者STM32F407开发板 2.软件平台:MDK5.1 3.固件库版本:V1.4.0 [/mw_shl_code]
 
本章我们将向大家介绍如何使用STM32F4的普通IO口模拟IIC时序,并实现和24C02之间的双向通信。在本章中,我们将使用STM32F4的普通IO口模拟IIC时序,来实现24C02的读写,并将结果显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分: 29.1 IIC简介 29.2 硬件设计 29.3 软件设计 29.4 下载验证  

29.1 IIC简介

IIC(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,高速IIC总线一般可达400kbps以上。 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。 开始信号:SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。 结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。 应答信号:接收数据的IC在接收到8bit数据后,向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,由判断为受控单元出现故障。 这些信号中,起始信号是必需的,结束信号和应答信号,都可以不要。IIC总线时序图如图29.1..1所示:
29.1.1 IIC总线时序图 ALIENTEK探索者STM32F4开发板板载的EEPROM芯片型号为24C02。该芯片的总容量是256个字节,该芯片通过IIC总线与外部连接,我们本章就通过STM32F4来实现24C02的读写。 目前大部分MCU都带有IIC总线接口,STM32F4也不例外。但是这里我们不使用STM32F4的硬件IIC来读写24C02,而是通过软件模拟。ST为了规避飞利浦IIC专利问题,将STM32的硬件IIC设计的比较复杂,而且稳定性不怎么好,所以这里我们不推荐使用。有兴趣的读者可以研究一下STM32F4的硬件IIC 用软件模拟IIC,最大的好处就是方便移植,同一个代码兼容所有MCU,任何一个单片机只要有IO口,就可以很快的移植过去,而且不需要特定的IO口。而硬件IIC,则换一款MCU,基本上就得重新搞一次,移植是比较麻烦的。 本章实验功能简介:开机的时候先检测24C02是否存在,然后在主循环里面检测两个按键,其中1个按键(KEY1)用来执行写入24C02的操作,另外一个按键(KEY0)用来执行读出操作,在TFTLCD模块上显示相关信息。同时用DS0提示程序正在运行。

29.2 硬件设计

本章需要用到的硬件资源有: 1)  指示灯DS0 2)  KEY_UPKEY1按键 3)  串口(USMART使用) 4) TFTLCD模块 5) 24C02 前面4部分的资源,我们前面已经介绍了,请大家参考相关章节。这里只介绍24C02STM32F4的连接,24C02SCLSDA分别连在STM32F4PB8PB9上的,连接关系如图29.2.1所示:  29.2.1 STM32F424C02连接图

29.3 软件设计

打开本章的实验工程可以看到,我们并没有在FWLIB分组之下添加新的固件库文件支持,因为我们是通过GPIO来模拟IIC。我们新增了myiic.c文件用来存放iic底层驱动。新增了24cxx.c文件用来存放24C02的底层驱动。 打开myiic.c文件,代码如下: //初始化IIC void IIC_Init(void) {                     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟     //GPIOB8,B9初始化设置   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化 IIC_SCL=1; IIC_SDA=1; } //产生IIC起始信号 void IIC_Start(void) {        SDA_OUT();     //sda线输出        IIC_SDA=1;IIC_SCL=1;        delay_us(4);       IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low        delay_us(4);        IIC_SCL=0;//钳住I2C总线,准备发送或接收数据 }       //产生IIC停止信号 void IIC_Stop(void) {        SDA_OUT();//sda线输出        IIC_SCL=0;        IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high       delay_us(4);        IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号        delay_us(4);                                                   } //等待应答信号到来 //返回值:1,接收应答失败 //        0,接收应答成功 u8 IIC_Wait_Ack(void) {        u8 ucErrTime=0;        SDA_IN();      //SDA设置为输入         IIC_SDA=1;delay_us(1);                IIC_SCL=1;delay_us(1);              while(READ_SDA)        {               ucErrTime++;               if(ucErrTime>250)               {                      IIC_Stop();                      return 1;               }        }        IIC_SCL=0;//时钟输出0                return 0;  } //产生ACK应答 void IIC_Ack(void) {        IIC_SCL=0;SDA_OUT();        IIC_SDA=0;delay_us(2);        IIC_SCL=1;delay_us(2);        IIC_SCL=0; } //不产生ACK应答                  void IIC_NAck(void) {        IIC_SCL=0;        SDA_OUT(); IIC_SDA=1;delay_us(2);        IIC_SCL=1;delay_us(2);        IIC_SCL=0; }                                                                 //IIC发送一个字节 //返回从机有无应答 //1,有应答 //0,无应答                   void IIC_Send_Byte(u8 txd) {                            u8 t;          SDA_OUT();                 IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输     for(t=0;t<8;t++)     {                      IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;         txd<<=1;                        delay_us(2);   //TEA5767这三个延时都是必须的               IIC_SCL=1;delay_us(2);               IIC_SCL=0;    delay_us(2);     }     }          //1个字节,ack=1时,发送ACKack=0,发送nACK   u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack) {        unsigned char i,receive=0;        SDA_IN();//SDA设置为输入     for(i=0;i<8;i++ )        {         IIC_SCL=0; delay_us(2);               IIC_SCL=1;         receive<<=1;         if(READ_SDA)receive++;                 delay_us(1);     }                                     if (!ack) IIC_NAck();//发送nACK     else IIC_Ack(); //发送ACK       return receive; } 该部分为IIC驱动代码,实现包括IIC的初始化(IO口)、IIC开始、IIC结束、ACKIIC读写等功能,在其他函数里面,只需要调用相关的IIC函数就可以和外部IIC器件通信了,这里并不局限于24C02,该段代码可以用在任何IIC设备上。 打开myiic.h头文件可以看到,我们除了函数申明之外,还定义了几个宏定义标识符: //IO方向设置 #define SDA_IN()  {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输入模式 #define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;} //PB9输出模式 //IO操作函数 #define IIC_SCL    PBout(8) //SCL #define IIC_SDA    PBout(9) //SDA #define READ_SDA   PBin(9)  //输入SDA 该部分代码的SDA_IN()SDA_OUT()分别用于设置IIC_SDA接口为输入和输出,如果这两句代码看不懂,请好好温习下IO口的使用。其他几个宏定义就是我们通过位带实现IO口操作。 接下来我们看看24cxx.c源文件代码代码: //初始化IIC接口 void AT24CXX_Init(void) {        IIC_Init();//IIC初始化 } //AT24CXX指定地址读出一个数据 //ReadAddr:开始读数的地址  //返回值  :读到的数据 u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr) {                                   u8 temp=0;                IIC_Start();         if(EE_TYPE>AT24C16)        {               IIC_Send_Byte(0XA0);    //发送写命令               IIC_Wait_Ack();               IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址                }else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据                   IIC_Wait_Ack();     IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   //发送低地址        IIC_Wait_Ack();               IIC_Start();                   IIC_Send_Byte(0XA1);           //进入接收模式                         IIC_Wait_Ack();        temp=IIC_Read_Byte(0);                    IIC_Stop();//产生一个停止条件              return temp; } //AT24CXX指定地址写入一个数据 //WriteAddr  :写入数据的目的地址    //DataToWrite:要写入的数据 void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite) {                       IIC_Start();         if(EE_TYPE>AT24C16)        {               IIC_Send_Byte(0XA0);     //发送写命令               IIC_Wait_Ack();               IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址              }else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据                 IIC_Wait_Ack();           IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送低地址        IIC_Wait_Ack();                                                                                                IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节                                                      IIC_Wait_Ack();                             IIC_Stop();//产生一个停止条件        delay_ms(10); //EEPROM写入过程比较慢,需等待一点时间,再写下一次 } //AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据 //该函数用于写入16bit或者32bit的数据. //WriteAddr  :开始写入的地址  //DataToWrite:数据数组首地址 //Len        :要写入数据的长度2,4 void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len) {           u8 t;        for(t=0;t<Len;t++)        {               AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff);        }                                                                                      } //AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据 //该函数用于读出16bit或者32bit的数据. //ReadAddr   :开始读出的地址 //返回值     :数据 //Len        :要读出数据的长度2,4 u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len) {           u8 t; u32 temp=0;        for(t=0;t<Len;t++)        {               temp<<=8;               temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1);                                            }        return temp;                                                                                     } //检查AT24CXX是否正常 //这里用了24XX的最后一个地址(255)来存储标志字. //如果用其他24C系列,这个地址要修改 //返回1:检测失败 //返回0:检测成功 u8 AT24CXX_Check(void) {        u8 temp;        temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX                              if(temp==0X55)return 0;                       else//排除第一次初始化的情况        {               AT24CXX_WriteOneByte(255,0X55);            temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);                   if(temp==0X55)return 0;        }        return 1;                                                                          } //AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据 //ReadAddr :开始读出的地址 对24c020~255 //pBuffer  :数据数组首地址 //NumToRead:要读出数据的个数 void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead) {        while(NumToRead)        {               *pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);               NumToRead--;        } //AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据 //WriteAddr :开始写入的地址 对24c020~255 //pBuffer   :数据数组首地址 //NumToWrite:要写入数据的个数 void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite) {        while(NumToWrite--)        {               AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);               WriteAddr++; pBuffer++;        } } 这部分代码理论上是可以支持24Cxx所有系列的芯片的(地址引脚必须都设置为0),但是我们测试只测试了24C02,其他器件有待测试。大家也可以验证一下,24CXX的型号定义在24cxx.h文件里面,通过EE_TYPE设置。 最后,我们看看主函数代码: //要写入到24c02的字符串数组 const u8 TEXT_Buffer[]={"Explorer STM32F4 IIC TEST"}; #define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)      int main(void) {        u8 key;        u16 i=0;        u8 datatemp[SIZE];              NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2        delay_init(168);  //初始化延时函数        uart_init(115200);         //初始化串口波特率为115200        LED_Init();                                //初始化LED       LCD_Init();                                //LCD初始化        KEY_Init();                        //按键初始化         AT24CXX_Init();                        //IIC初始化       POINT_COLOR=RED;        LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");              LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"IIC TEST");              LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");        LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/6");              LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY1:Write  KEY0:Read");  //显示提示信息                  while(AT24CXX_Check())//检测不到24c02        {               LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C02 Check Failed!");               delay_ms(500);               LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check!      ");               delay_ms(500);               LED0=!LED0;//DS0闪烁        }        LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C02 Ready!");          POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝 {MOD}          while(1)        {               key=KEY_Scan(0);               if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入24C02               {                      LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏                        LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write 24C02....");                      AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);                      LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"24C02 Write Finished!");//提示传送完成               }               if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示               {                     LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read 24C02.... ");                      AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);                      LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is:  ");//提示传送完成                      LCD_ShowString(30,190,200,16,16,datatemp);//显示读到的字符串               }               i++;               delay_ms(10);               if(i==20)               {                      LED0=!LED0;//提示系统正在运行                          i=0;               }                      }          } 该段代码,我们通过KEY1按键来控制24C02的写入,通过另外一个按键KEY0来控制24C02的读取。并在LCD模块上面显示相关信息。 至此,我们的软件设计部分就结束了。

29.4 下载验证

在代码编译成功之后,我们通过下载代码到ALIENTEK探索者STM32F4开发板上,通过先按KEY1按键写入数据,然后按KEY0读取数据,得到如图29.4.1所示:  29.4.1 IIC实验程序运行效果图 同时DS0会不停的闪烁,提示程序正在运行。程序在开机的时候会检测24C02是否存在,如果不存在则会在TFTLCD模块上显示错误信息,同时DS0慢闪。读者可以通过跳线帽把PB8PB9短接就可以看到报错了。
 实验详细手册和源码下载地址:http://www.openedv.com/posts/list/41586.htm  正点原子探索者STM32F407开发板购买地址http://item.taobao.com/item.htm?id=41855882779
  

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