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(Inter-
Integrated 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:
图
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_UP和
KEY1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
24C02与
STM32F4的连接,
24C02的
SCL和
SDA分别连在
STM32F4的
PB8和
PB9上的,连接关系如图
29.2.1所示:
图
29.2.1
STM32F4与
24C02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); //对
TEA5767这三个延时都是必须的
IIC_SCL=1;delay_us(2);
IIC_SCL=0; delay_us(2);
}
}
//读
1个字节,
ack=1时,发送
ACK,
ack=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、
ACK、
IIC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()和
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
}
//在
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;
}
//在
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
}
//在
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);
}
}
//在
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;
}
//在
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
24c02为
0~255
//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--;
}
}
//在
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
24c02为
0~255
//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:
图
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
PB8和
PB9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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