• STM32_HAL_I2C_串行接口

    电气特性

    I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种由飞利浦公司（现恩智浦半导体）开发的串行通信协议，用于连接低速外围设备。I2C总线只需要两根线（SDA：串行数据线，SCL：串行时钟线）就可以实现多个设备之间的数据交换。以下是I2C的主要电气特性：

    1. 两线接口：

      • SDA（Serial Data Line）：用于传输数据。（数据线）
      • SCL（Serial Clock Line）：用于同步数据传输。（时钟线）

    2. 多主从结构：

      • I2C总线支持多个主设备和一个或多个从设备。在任何时刻，只有一个主设备控制总线。（不能同时存在多个主设备）

    3. 地址编码：

      • 每个从设备都有唯一的7位或10位地址，主设备通过地址来选择要通信的从设备。

    4. 时钟同步：

      • I2C总线上的所有设备都同步于SCL线上的时钟信号。时钟线由主设备控制。

    5. 数据传输速率：

      • 标准模式下，时钟频率可达100 kHz。
      • 快速模式下，时钟频率可达400 kHz。
      • 高速模式下，时钟频率可达3.4 MHz。

    6. 起始和停止条件：

      • 数据传输开始于起始条件，结束于停止条件。起始条件是SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变；停止条件是SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变。

    7. 数据有效性：

      • 数据在SCL为高电平时保持稳定，在SCL为低电平时改变。

    8. 位的表示：

      • I2C使用8位数据传输，每次传输可以是一个字节（8位），也可以是多个字节。

    9. 确认（ACK/NACK）：

      • 每个字节传输后，接收方会通过驱动SDA线至低电平来发送一个确认位（ACK），或者通过不驱动SDA线（保持高电平）来发送一个非确认位（NACK）。

    协议

    I²C写操作的详细步骤：

    1. 起始条件：主设备通过将SDA线从高电平拉到低电平，同时保持SCL为高电平，然后释放SCL，使其变为低电平，从而产生起始条件。总线在起始条件后处于忙碌状态。

    2. 发送从设备地址：主设备发送从设备的7位或10位地址，后面跟着一个写操作位（即最低位为0）。所有从设备都会接收这个地址，但只有地址匹配的从设备会响应。

    3. 从设备响应：地址匹配的从设备会发送一个确认（ACK）信号，即在第9个时钟周期时，从设备将SDA线拉低。

    4. 发送数据：主设备开始发送数据字节，每个字节后面都跟着一个时钟周期，用于从设备发送ACK信号。主设备可以发送多个字节，直到发送完所有需要的数据。

    5. 停止条件：当主设备发送完所有数据后，它会发出停止条件，即将SDA线从低电平拉到高电平，同时保持SCL为高电平，然后释放SDA线。

    6. 从设备处理数据：从设备在接收到停止条件后，会处理这些数据，例如存储到内部寄存器或EEPROM中。

    以下是I²C写过程的时序图表示：

    起始条件 -> [设备地址 + W] -> ACK -> [数据1] -> ACK -> [数据2] -> ACK -> ... -> [数据N] -> ACK -> 停止条件

    -> 表示时间流动，[] 表示数据字节，R 表示读操作位，ACK 表示主设备发送的确认信号，NACK 表示主设备发送的否定确认信号。

    I²C读操作的详细步骤：

    1. 起始条件：主设备通过将SDA线从高电平拉到低电平，同时保持SCL为高电平，然后释放SCL，使其变为低电平，从而产生起始条件。总线在起始条件后处于忙碌状态。

    2. 发送从设备地址：主设备发送从设备的7位或10位地址，后面跟着一个读操作位（即最低位为1）。所有从设备都会接收这个地址，但只有地址匹配的从设备会响应。

    3. 从设备响应：地址匹配的从设备会发送一个确认（ACK）信号，即在第9个时钟周期时，从设备将SDA线拉低。

    4. 读取数据：从设备开始发送数据字节，主设备在每个字节后面通过发送ACK信号来请求更多的数据，或者通过发送NACK信号来结束读取过程。

    5. 停止条件：当主设备完成数据读取后，它会发出停止条件，即将SDA线从低电平拉到高电平，同时保持SCL为高电平，然后释放SDA线。

    6. 主设备处理数据：主设备接收到数据后，可以根据需要进行处理或存储。

    以下是I²C读过程的时序图表示：

    起始条件 -> [设备地址 + R] -> ACK -> [数据1] -> ACK -> [数据2] -> ACK -> ... -> [数据N] -> NACK -> 停止条件

    -> 表示时间流动，[] 表示数据字节，R 表示读操作位，ACK 表示主设备发送的确认信号，NACK 表示主设备发送的否定确认信号。

    I 2 C的功能框图

    STM32CudeMX 

    • Master  features  主模式特性

    • Slave  features  从模式特性

    1. Byte：

      • 一个字节（Byte）通常包含8位（bit），这是计算机中最小的可寻址的存储单元。
      • 字节是大多数计算机体系结构中的基本数据单位，用于表示字符、数字和其他数据类型。
      • 在不同的上下文中，字节可以表示不同的含义，例如在数据通信中，它通常指的是传输的一个数据单元。

    2. Half Word：

      • 半字（Half Word）通常包含16位（bit），即2个字节。
      • 在16位或更宽的处理器中，半字可能是处理器可以同时处理的数据单位之一。
      • 在一些编程语言和操作系统中，半字用于指定数据类型的大小，例如短整型（short）在某些体系结构上可能是16位的。

    3. Word：

      • 一个字（Word）的大小取决于具体的处理器架构，但通常是16位、32位或64位。
      • 在32位处理器中，一个字通常是32位，即4个字节。
      • 在64位处理器中，一个字可能是64位，即8个字节。
      • 字是许多处理器的主要数据单位，用于表示整数、指针和内存地址。

    有哪些函数

    1. 初始化和去初始化：

      • HAL_I2C_Init()：初始化I2C外设。
      • HAL_I2C_DeInit()：去初始化I2C外设。

    2. 配置：

      • HAL_I2C_Config()：配置I2C的一些参数，如时钟速度、地址等。

    3. 数据传输：

      • HAL_I2C_Master_Transmit()：作为主设备发送数据到从设备。
      • HAL_I2C_Master_Receive()：作为主设备从从设备接收数据。
      • HAL_I2C_Slave_Transmit()：作为从设备发送数据到主设备。
      • HAL_I2C_Slave_Receive()：作为从设备从主设备接收数据。

    4. 状态和错误处理：

      • HAL_I2C_GetState()：获取I2C外设的当前状态。
      • HAL_I2C_GetError()：获取I2C的错误代码。

    5. 中断处理：

      • HAL_I2C_IRQHandler()：I2C中断处理函数。
      • HAL_I2C_MasterTxCpltCallback()：主设备发送完成回调函数。
      • HAL_I2C_MasterRxCpltCallback()：主设备接收完成回调函数。
      • HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback()：从设备发送完成回调函数。
      • HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback()：从设备接收完成回调函数。

    6. 其他功能：

      • HAL_I2C_IsDeviceReady()：检查指定地址的从设备是否就绪。
      • HAL_I2C_Mem_Write()：向从设备的内存写入数据。
      • HAL_I2C_Mem_Read()：从从设备的内存读取数据。

    代码编写

    检查指定地址的从设备是否就绪。

    1. /* USER CODE BEGIN Header */
    2. /**
    3.   ******************************************************************************
    4.   * @file           : main.c
    5.   * @brief          : Main program body
    6.   ******************************************************************************
    7.   * @attention
    8.   *
    9.   * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
    10.   * All rights reserved.
    11.   *
    12.   * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
    13.   * in the root directory of this software component.
    14.   * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
    15.   *
    16.   ******************************************************************************
    17.   */
    18. /* USER CODE END Header */
    19. /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
    20. #include "main.h"
    21. #include "dma.h"
    22. #include "i2c.h"
    23. #include "usart.h"
    24. #include "gpio.h"
    25.  
    26. /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
    27. /* USER CODE BEGIN Includes */
    28.  
    29. /* USER CODE END Includes */
    30.  
    31. /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
    32. /* USER CODE BEGIN PTD */
    33.  
    34. /* USER CODE END PTD */
    35.  
    36. /* Private define ------------------------------------------------------------*/
    37. /* USER CODE BEGIN PD */
    38.  
    39. /* USER CODE END PD */
    40.  
    41. /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
    42. /* USER CODE BEGIN PM */
    43.  
    44. /* USER CODE END PM */
    45.  
    46. /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
    47.  
    48. /* USER CODE BEGIN PV */
    49.  
    50. /* USER CODE END PV */
    51.  
    52. /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
    53. void SystemClock_Config(void);
    54. /* USER CODE BEGIN PFP */
    55.  
    56. /* USER CODE END PFP */
    57.  
    58. /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
    59. /* USER CODE BEGIN 0 */
    60.  
    61. /* USER CODE END 0 */
    62.  
    63. /**
    64.   * @brief  The application entry point.
    65.   * @retval int
    66.   */
    67. int main(void)
    68. {
    69.  
    70.   /* USER CODE BEGIN 1 */
    71.  
    72.   /* USER CODE END 1 */
    73.  
    74.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
    75.  
    76.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
    77.   HAL_Init();
    78.  
    79.   /* USER CODE BEGIN Init */
    80.  
    81.   /* USER CODE END Init */
    82.  
    83.   /* Configure the system clock */
    84.   SystemClock_Config();
    85.  
    86.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
    87.  
    88.   /* USER CODE END SysInit */
    89.  
    90.   /* Initialize all configured peripherals */
    91.   MX_GPIO_Init();
    92.   MX_DMA_Init();
    93.   MX_I2C1_Init();
    94.   MX_USART1_UART_Init();
    95.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    96. char I2c_Data[9]={"AA"};
    97.   /* USER CODE END 2 */
    98.  
    99.   /* Infinite loop */
    100.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    101.   while (1)
    102.   {
    103. 		if(HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c1,0x78,2,500)==HAL_OK){
    104. 				HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)I2c_Data,9,1000);
    105. 		}else{
    106. 				char a[]={"null"};
    107. 				HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)a,5,1000);
    108. 		}
    109.     /* USER CODE END WHILE */
    110.  
    111.     /* USER CODE BEGIN 3 */
    112.   }
    113.   /* USER CODE END 3 */
    114. }
    115.  
    116. /**
    117.   * @brief System Clock Configuration
    118.   * @retval None
    119.   */
    120. void SystemClock_Config(void)
    121. {
    122.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    123.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
    124.  
    125.   /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
    126.   * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
    127.   */
    128.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    129.   RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    130.   RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
    131.   RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
    132.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    133.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    134.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
    135.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    136.   {
    137.     Error_Handler();
    138.   }
    139.  
    140.   /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
    141.   */
    142.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
    143.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    144.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    145.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    146.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    147.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    148.  
    149.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
    150.   {
    151.     Error_Handler();
    152.   }
    153. }
    154.  
    155. /* USER CODE BEGIN 4 */
    156.  
    157. /* USER CODE END 4 */
    158.  
    159. /**
    160.   * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
    161.   * @retval None
    162.   */
    163. void Error_Handler(void)
    164. {
    165.   /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
    166.   /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
    167.   __disable_irq();
    168.   while (1)
    169.   {
    170.   }
    171.   /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
    172. }
    173.  
    174. #ifdef  USE_FULL_ASSERT
    175. /**
    176.   * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
    177.   *         where the assert_param error has occurred.
    178.   * @param  file: pointer to the source file name
    179.   * @param  line: assert_param error line source number
    180.   * @retval None
    181.   */
    182. void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
    183. {
    184.   /* USER CODE BEGIN 6 */
    185.   /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
    186.      ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
    187.   /* USER CODE END 6 */
    188. }
    189. #endif /* USE_FULL_ASSERT */

    注意 

    在I2C（Inter-Integrated Circuit）总线协议中，通常有一个主机（master）和多个从机（slave）。按照I2C协议的设计，所有的数据传输都是在主机控制下进行的。也就是说，在标准的I2C通信中，从机与从机之间不能直接进行通信，所有的数据传输都需要通过主机来控制。

  • 相关阅读:
    Elasticsearch安装
    高效操作Golang字符串实战教程
    Spring Cloud Alibaba微服务第9章之MyBatis-plus
    【数学建模绘图系列教程】绘图模板总结
    centos7配置
    RDS责任羽绒认证标准的作用
    如何用网页绘制一个黑莓9900的键盘效果图
    7-14 整数拆分——递归/推
    react面试题笔记整理
    HTTP/HTTPS TCP/IP
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_59527512/article/details/139425720