• 21.[STM32]I2C协议弄不懂，深挖时序图带你编写底层驱动

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    作者简介：大家好啊，我叫DW，每天分享一些我新学到的知识，期待和大家一起进步
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     系列专栏：STM32
     开发板：STM32F103

    🍊如有写得不好的地方欢迎大家指正🍊
    创作时间：🍊🍊🍊2022年7月3日🍊🍊🍊 

            I2C(Inter-Integrated Circuit BUS) 为集成电路总线，该总线由NXP公司设计，多用于主控制器和从器件间的主从通信。IIC和SPI接口严格的说他们都是人们所定义的软硬结合体，分为物理层和协议层。

    SDA(Serial data)是数据线，它是用来传输数据的。
    SCL(Serial clock line)是时钟线，它是控制数据发送的时序的 。
        

     I2C最重要的三个点为：

    1.起始与结束条件

    2.应答和非应答 

    3.数据的有效性

            下面，我将一一介绍如何使用这三个重要的知识点，由于涉及到SDA的输出和输入模式选择，故先配置它的输出和输入两种模式。 

    1. //模式配置 out input
    2. void I2C_Mode(u8 addr){
    3.  
    4. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    5. 	
    6. 	if(addr){  //out
    7. 		GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SDA;//PB0 
    8. 		GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//输出速率
    9. 		GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
    10. 	}
    11. 	else{  //Input
    12. 		GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SCL;//PB1
    13. 		GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//推挽输出
    14. 	}
    15. 		GPIO_Init(I2C_PROT,&GPIO_InitStructure);//初始化引脚
    16. }

    1： 输出模式

    0 ：输入模式

    起始和结束条件

    1.当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变被定义为起始条件。

    2.当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变被定义为停止条件。

     

    起始条件

            由时序图可以知道，SCL和SDA在默认状态下都为高电平，同时需要延迟4.7us以上，我给它5us的延迟，之后把SDA拉低，再延迟5us，同时把SCL拉低，那么就完成了起始条件时序代码的编写。

    这里要注意，SDA选择输出模式

    1. //起始
    2. void I2C_Start(void){
    3.  
    4. 	I2C_Mode(Out);
    5. 	SCL_High;
    6. 	SDA_High;
    7. 	delay_us(5);
    8. 	SDA_Low;
    9. 	delay_us(5);
    10. 	SCL_Low;
    11. }

     结束条件

            由时序图可以知道，SCL默认状态下为高电平，SDA默认状态下为低电平，同时需要延迟4.7us以上，我给它5us的延迟，把SDA拉高，再延迟5us，那么就完成了结束条件时序代码的编写。

    这里要注意，SDA选择输出模式

    向SDA总线写：输出模式

    向SDA总线读：输入模式

    1. //结束
    2. void I2C_Stop(void){
    3.  
    4. 	I2C_Mode(Out);
    5. 	SDA_Low;
    6. 	delay_us(5);
    7. 	SCL_High;
    8. 	delay_us(5);
    9. 	SDA_High;
    10. }

    应答与非应答

            每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答。

            由时序图可以知道，不管是应答状态下，还是非应答状态下，SCL都为高电平，那么先把SCL拉高，之后延时4us，再判断SDA的状态；

            定义一个Time变量，如果一直不应答，既读取到SDA数据位为1，就发送一个停止信号，表示器件不存在，防止程序停止卡死在这个位置，之后返回一个非应答信号1；

            如果读取到SDA数据位为0，表示应答，那么再把SCL拉低，延时4us，最后返回0，就完成了一次应答的操作。

    1. //应答非应答判断
    2. u8 I2C_Write_Ack(void){
    3.  
    4. 	u8 Time;
    5. 	I2C_Mode(Input);
    6. 	SCL_High;
    7. 	delay_us(4);
    8. 	
    9. 		
    10. 		while(GPIO_ReadInputDataBit(I2C_PROT,SDA)){
    11. 		
    12. 			if(++Time>250){
    13. 			
    14. 				I2C_Stop();
    15. 				return 1;//1 非应答
    16. 			}
    17. 		}
    18. 		SDA_Low;//0 应答
    19. 		delay_us(4);
    20. 	
    21. 	
    22. 	return 0;
    23. }

    数据的有效性 

     

            在写数据时，当SCL为低电平时，允许数据发生变化，此时可以写数据。那么，该如何操作呢？首先需要把SCL拉低，然后保持4us；再选择输出模式，之后从高位开始一个bit一个bit写数据。

     注意：I2C从高位开始写数据。

    1. //写字节
    2. void I2C_Write_Byte(u8 data){
    4. 	SCL_Low;
    5. 	delay_us(4);
    6. 	for(u8 i=0;i<8;i++){
    7. 		
    8. 		I2C_Mode(Out);
    9. 		
    10. 		if((data<<i)&0x80) SDA_High;
    11. 		else
    12. 		SDA_Low;
    13. 		
    14. 		SCL_High;
    15. 		delay_us(4);
    16. 		SCL_Low;
    17. 		delay_us(4);
    18. 	}
    19. }

            在读数据时，选择输入模式， 我们需要将SCL总线拉高，因为此时数据是稳定有效的，之后读取SDA的数据，如果SDA为高电平，data或上0x01，读完数据后，将SCL拉低，最后返回data。

    data<<=1;//从低位开始读数据，不断左移，低位将变成高位。

    1. //读数据
    2. u8 I2C_Read_Data(void){
    3. 	
    4. 	u8 data;
    5. 	
    6. 	for(u8 i=0;i<8;i++){
    7. 	
    8. 		I2C_Mode(Input);
    9. 		SCL_High;
    10. 		delay_us(4);
    11. 		data<<=1;
    12. 		
    13. 		if(GPIO_ReadInputDataBit(I2C_PROT,SDA) == SET){
    14. 		
    15. 			data |= 0x01;
    16. 		}
    17. 		SCL_Low;
    18. 		delay_us(4);
    19. 	}
    20. 	return data;
    21. }

            自此，三个部分的代码全部编写完毕，我们了解了这三张时序的原理和使用方法之后，接下来将告诉大家如何在这个基础上驱动具有I2C接口的OLED。

    OLED简介

     

    1.工作电压： 3.3V/5V
    2.通信接口： 3-wire SPI, 4-wire SPI, I2C
    3.屏幕类型： OLED
    4.控制芯片： SSD1306
    5.分辨率： 128*64(Pixel)
    6.外形尺寸： 128*64(Pixel)
    7.显示颜色: 黄蓝(双色块屏)
    8.工作温度: -20°C ~ 70°C
    9.存储温度: -30°C ~ 80°C
    10.视角: >160
    注意事项：
    OLED 显示屏不同于 LCD，OLED 上电是没有反应的，需要程序驱动才会有显示！

    接线方式：

    SDA --- PC0

    SCL --- PC1

    VCC --- 5V

    GND --- 地

    OLED通讯地址和寄存器地址 

            所有的I2C器件都会有硬件地址，即芯片的地址，由手册可以知道，b7~b2为固定不变的，b1（SA0）一般选择0，bo(R/W)用于确定I2C总接口的操作模式，R/w # = 1，它处于读模式。R/w # = 0，它处于写模式。一般只向OLED写数据，因此其地址为：0111 1000（0x78） ，故我们定义的OLED器件地址为

    #define OLED 0X78
    0x78：写器件地址

    总线时序图

      

    由总线时序图可以知道， 要想进行发数据或者命令的流程如下： 

     

     依据上述步骤，我们编写的代码如下：

     

    1. void OLED_Write_Cmd_Data(u8 cmd,u8 data){
    2. 	
    3. 	I2C_Start();
    4. 	I2C_Write_Byte(OLED);
    5. 	I2C_Write_Ack();
    6. 	
    7. 	
    8. 	if(!cmd){
    9. 	I2C_Write_Byte(0X00);
    10. 	I2C_Write_Ack();
    11. 	I2C_Write_Byte(data);
    12. 	}
    13. 	else{
    14. 	I2C_Write_Byte(0X40);
    15. 	I2C_Write_Ack();
    16. 	I2C_Write_Byte(data);
    17. 	}
    18. 	I2C_Write_Ack();
    19. 	I2C_Stop();
    20. }

    0：写命令

    1：写数据 

     至此，最重要的部分的代码已经编写完毕，其他关于OLED的说明在第九篇文章中已有详细清楚：

    9.[STM32]0.96寸OLED难理解？不妨来看看这个。好了一起来看看效果吧！

     

     

     为了方便下次查找，记得点点关注哦。

    🌜🌜🌜本章结束，我们下一章见🌜🌜🌜


    参考资料：

    1.STM32固件库手册

    2.正点原子STM32不完全手册_库函数版本

    3.参考视频  参考文章  9.[STM32]0.96寸OLED难理解？不妨来看看这个

    资料已上传，需要自取

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_48796593/article/details/125523250