鲁达 I2C总线是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 总线时序图如下：
I2C时序图
估计大多数人对上面这个图有点看不懂。没关系，下面小编会用简单易懂的语言让大家明白I2C的工作流程。
小编的理解如下：
I2C是由两根线组成的，一根数据线，一根时钟线。那么我们该如何传输数据呢？这两根线的通信是遵循一个规则的，这个规则成为“I2C协议”。时钟线是高低电平不断交互变化的，而数据线是通过高低电平来传输数据的，高电平表示数据1，低电平表示数据0。但是数据线只有在时钟线处于低电平时，数据线上的电平才能发生变化，比如你先发送了一个0，接下来你想要发送1，这个时候你就要注意了，一定要在时钟线处于低电平时才能改变数据线的电平，将数据线上的电平由0切换成1。这是为什么呢？文章一开始就讲过了，I2C总线是有开始和结束信号的。可是怎样表示开始和结束信号呢？
开始信号：时钟线 为高电平时，数据线 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：时钟线 为高电平时，数据线由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
所以如果在时钟线为高电平时改变数据线的电平，那么就会产生开始信号和结束信号了。这一点大家要牢记。
和前面一样大家要知道I2C是一个外部设备，那么情况就变得简单了，这意味着我们只要初始化这个设备接着就可以使用了，通过特定的函数就可以直接使用了，超级方便。
STM32
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I2C，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I2C 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I2C。用软件模拟 I2C，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。
也就是使用总线时：首先发送开始信号，之后传送数据，最后发送结束信号，之后等待接收方的应答。
代码如下：
//初始化I2C
void I2C_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_Ini = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
GPIO_Ini = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
GPIO_Ini = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_Ini = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_Ini = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
I2C_SCL=1;
I2C_SDA=1;
}
//产生I2C起始信号
void I2C_Start(void)
{
SDA_OUT(); //sda线输出
I2C_SDA=1;
I2C_SCL=1;
delay_us(4);
I2C_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
delay_us(4);
I2C_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
//产生I2C停止信号
void I2C_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
I2C_SCL=0;
I2C_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
I2C_SCL=1;
I2C_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 I2C_Wait_ACK(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
I2C_SDA=1;delay_us(1);
I2C_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
I2C_Stop();
return 1;
}
}
I2C_SCL=0;//时钟输出0
return 0;
}
//产生ACK应答
void I2C_Ack(void)
{
I2C_SCL=0;
SDA_OUT();
I2C_SDA=0;
delay_us(2);
I2C_SCL=1;
delay_us(2);
I2C_SCL=0;
}
//不产生ACK应答
void I2C_NAck(void)
{
I2C_SCL=0;
SDA_OUT();
I2C_SDA=1;
delay_us(2);
I2C_SCL=1;
delay_us(2);
I2C_SCL=0;
}
//I2C发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void I2C_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
I2C_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
for(t=0;t<8;t++)
{
I2C_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的
I2C_SCL=1;
delay_us(2);
I2C_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
u8 I2C_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
I2C_SCL=0;
delay_us(2);
I2C_SCL=1;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
I2C_NAck();//发送nACK
else
I2C_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
其实大多数的时候都是使用这种模拟的I2C，代码也都是通用的，移植起来也很方便只要改变对应的引脚即可，小编一开始写这个模拟函数怎么写都不对，很着急，最后发现是上面的延时函数有问题，所以这里要强调一下延时函数一定要写对，因为这种总线对时间的要求比较高。还有上面有个应答函数，应答就是你数据传送完成后，接收方会告诉你他已经接收完成了，这是判断数据已经成功发送的标志。
其实有很多设备使用的都是I2C总线，那么MCU与他们通信就必须要是用I2C总线。举个例子AT24C02是一款存储设备，我们可以通过I2C控制它来存储或读取数据。步骤是这样：
写数据：
1、发送“器件地址+写”命令
2、发送“存储地址”
3、发送“存储的数据”
读数据：
1、发送“器件地址+写”命令
2、发送“存储地址”
3、发送“器件地址+读”命令
4、接收数据
具体代码如下：
/初始化I2C接口
void AT24CXX_Init(void)
{
I2C_Init();//I2C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;
I2C_Start();
if(EE_TYPE>AT24C16)
{
I2C_Send_Byte(0XA0); //发送写命令
I2C_Wait_Ack();
I2C_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址
}else I2C_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
I2C_Wait_Ack();
I2C_Send_Byte(ReadAddr%256); //发送低地址
I2C_Wait_Ack();
I2C_Start();
I2C_Send_Byte(0XA1); //进入接收模式
I2C_Wait_Ack();
temp=I2C_Read_Byte(0);
I2C_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)
{
I2C_Start();
if(EE_TYPE>AT24C16)
{
I2C_Send_Byte(0XA0); //发送写命令
I2C_Wait_Ack();
I2C_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址
}else I2C_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
I2C_Wait_Ack();
I2C_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址
I2C_Wait_Ack();
I2C_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节
I2C_Wait_Ack();
I2C_Stop();//产生一个停止条件
delay_ms(10);
}
//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++;
}
}
C
好了，今天的I2C讲到这里，如果小编哪里讲的不好希望大家给予批评，谢谢。最后希望大家能够给小编点个赞，谢谢大家。