基于STM8的IIC协议--协议篇
1. 综述
I2C(IIC，Inter-Integrated Circuit)，两线式串行总线，由PHILIPS公司开发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和被控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。但在STM8中，400kHZ已经是最快速度了。
2.关于STM8S103手册的I2C简介
芯片手册中只对I2C的特点进行了简单的讲解，但并未深入解析其中的过程。
3. I2C详细解析
I2C总共由五个核心函数，分别为：①起始信号②停止信号③应答信号④发送数据⑤接收数据，通过这五个核心基本函数就能于大多数的传感进行通信了。
3.1 起始信号
当SCL为高电平期间，SDA由高电平到低电平的跳变过程；起始信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，如图虚线框所示。
3.2 停止信号
当SCL为高电平期间，SDA由低电平到高电平的跳变过程；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号，如图虚线框所示。
3.3 应答信号
I2C的数据字节定义为8位长，对于发送端每发送1个字节后，需要将数据线(SDA)释放，由接收端反馈一个应答信号(ACK)。应答信号为低电平时，则将其规定为有效信号(ACK简称应答位)，表示接收端已经成功接收了该字节；应答位为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收端没有成功接收该字节。
对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收端在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。如果接收端是主机，则在它接收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知发送端结束数据发送，并释放SDA线，以便主机接收端发送一个停止信号。
3.4 发送数据
在发送起始信号后开始通信，主机发送一个8位数据。然后，主机释放SDA线并等待从从机发出得确认信号(ACK)。详细过程请看4.3.7代码示例。
3.5 接收数据
在发送起始信号后开始通信，主机发送一个8位数据。然后，从机收到数据返回一个确认信号(ACK)给主机,这时候主机才开始接收数据，待主机接收数据完成后，发送一个NACK信号给从机，以通知接收端结束数据接收。详细过程请看4.3.8代码示例。
3.6 数据有效性
I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。
3.7 I2C通信总过程
4. 例程
4.1 编译环境：
我的编译环境是IAR，这款软件是现在STM8的主流平台，比较推荐。不过我打算等到STCubeMX更新出比较方便的版本后再去使用Keil5，因为我在用STM32的时候就是利用Keil5，的确很方便，你们也可以学着用一下。
4.2 主芯片：
我的主芯片是STM8S系列中的103，其中STM8S的003、005、和103、105，配置一样（外设和CPU频率，FLASH），在代码相同的情况下均可进行烧写。
4.3 代码&解析
I2C的基本函数代码我已经和传感的代码区隔开来，可以移植，几乎适用于市面上使用I2C驱动的传感器。
4.3.1 SDA、SCL引角初始化
1 //IIC引脚 2 GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_Port, IIC_SCL_Pin, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST); 3 GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_Port, IIC_SDA_Pin, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST);
在引角的控制上面，我选择了直接操作GPIO的寄存器，这样操作比较快，虽然我们感觉不出来，但是省出来的时间越来越多了，也就能够体现出这样写的好处了，不过不理解怎么用的话，也可以使用库函数进行写高、低电平。
我在SDA引角初始化的时候，选择了推挽输出_高电平_高速,这里就有人会有疑问了，SDA是会进行接收ACK信号的，需要接收即为输入模式，怎么这里改成输出模式，看过我STM8_GPIO介绍的博客的小伙伴应该会想到，怎么不使用开漏输出，这个模式既能接收也能发送。没错，开漏输出模式的确可以，但我在那篇博客中也有说到，开漏输出模式不稳定，通过示波器观察到是斜三角的，而推挽输出是完整的矩形。图我就懒得去弄了 -。- ，而如何解决推挽输出能够接收ACK的操作看我下一小节。
4.3.1 I2C结构体和引角配置
这里的结构体是方便I2C多线程，以后需要用到多个I2C接口时候，只需要再定义多一个该结构变量，赋予其他引角便可，省去了再次编写代码的时间和空间。
我在26和26行编写了两行代码，分别是将SDA模式改成输出和输入模式，直接更改寄存器里的值就能完成实现模式的更换，想知道为什么这样写可以改变模式的话，可以自行百度，也可以察看相对应芯片的寄存器手册。STM8S103中的则在6.2小节中就有介绍。因为讲解起来比较麻烦，这里就不进行更深入的说明了。
1 /* Struct --------------------------------------------------------------------*/ 2 3 typedef struct iic 4 { 5 //具体信息：引脚 读写判定 6 GPIO_TypeDef * pSCL_Port; //SCL Gpio 7 uint8_t uSCL_Pin; //SCL Pin 8 GPIO_TypeDef * pSDA_Port; //SDA Gpio 9 uint8_t uSDA_Pin; //SDA Pin 10 11 uint8_t uSDA_Mode_Pin_Position;//SDA Mode 12 13 }IIC_HandleTypedef; 14 15 16 17 /* Define --------------------------------------------------------------------*/ 18 19 #define IIC_SCL_1(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSCL_Port->ODR |= ( (uint8_t)(_HANDLE_)->uSCL_Pin)) 20 #define IIC_SCL_0(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSCL_Port->ODR &= (~(uint8_t)(_HANDLE_)->uSCL_Pin)) 21 22 #define IIC_SDA_1(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR |= ( (uint8_t)(_HANDLE_)->uSDA_Pin)) 23 #define IIC_SDA_0(_HANDLE_) ( (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR &= (~(uint8_t)(_HANDLE_)->uSDA_Pin)) 24 #define IIC_SDA_R(_HANDLE_) ( (BitStatus)(_HANDLE_)->pSDA_Port->IDR & (_HANDLE_)->uSDA_Pin) 25 26 #define IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(_HANDLE_) (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR |= (uint8_t)1<<(_HANDLE_)->uSDA_Mode_Pin_Position 27 #define IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt(_HANDLE_) (_HANDLE_)->pSDA_Port->ODR &= ~((uint8_t)1<<(_HANDLE_)->uSDA_Mode_Pin_Position)
4.3.2 延时函数
延时函数顾名思义，就单纯的延时，延时时间可以根据芯片的速率调整，具体时间通过示波器或者可以观察到脉冲的仪器进行测量即可。
这里定义了两个延时函数目的是在SCL低电平期间先提前改变SDA的电平，待到SDA电平稳定时，再将SCL电平改变进行读取。
1 void vIIC_Delay_4us(void) 2 { 3 uint8_t i=3; 4 while(i--) 5 { 6 asm(" NOP");asm(" NOP");asm(" NOP");asm(" NOP"); 7 } 8 9 } 10 11 void vIIC_Delay_2us(void) 12 { 13 asm(" NOP");asm(" NOP");asm(" NOP"); 14 }
4.3.3 IIC引角赋值&结构体参数初始化
每次调用I2C接口时都需要对IIC的句柄进行初始化。
1 void vIIC_Handle_Init(IIC_HandleTypedef * hIICx, GPIO_TypeDef * pSCL_Port, uint8_t uSCL_Pin, GPIO_TypeDef * pSDA_Port, uint8_t uSDA_Pin) 2 { 3 //GPIO 4 hIICx->pSCL_Port = pSCL_Port; 5 hIICx->uSCL_Pin = uSCL_Pin ; 6 hIICx->pSDA_Port = pSDA_Port; 7 hIICx->uSDA_Pin = uSDA_Pin ; 8 9 10 switch(uSDA_Pin) 11 { 12 case GPIO_PIN_0 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 0 ;break; 13 case GPIO_PIN_1 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 2 ;break; 14 case GPIO_PIN_2 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 4 ;break; 15 case GPIO_PIN_3 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 6 ;break; 16 case GPIO_PIN_4 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 8 ;break; 17 case GPIO_PIN_5 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 10;break; 18 case GPIO_PIN_6 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 12;break; 19 case GPIO_PIN_7 : hIICx->uSDA_Mode_Pin_Position = 14;break; 20 21 } 22 }
4.3.4 起始信号
这里与3.1讲解的操作有点不同，就是3.1中最后没有将SCL拉低包括在内，而为了发送数据的方便，我也将SCL在此函数中拉低了。
1 void vIIC_Start_Signal(IIC_HandleTypedef * hIICx) 2 { 3 4 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 5 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 6 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 7 IIC_SDA_0 (hIICx); //拉低数据线 8 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 9 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 10 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 11 12 }
4.3.5 结束信号
这里与3.2讲解的操作也有所不同，因为在数据接收完或者是发送完成后，SDA的电平不能确定，有可能是高也有可能是低电平，但在结束信号的时候，SDA需要是低电平时候拉低SCL才能作为结束信号的开始。
1 void vIIC_Stop_Signal(IIC_HandleTypedef * hIICx) 2 { 3 4 IIC_SDA_0 (hIICx); //拉低数据线 5 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 6 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 7 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 8 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 9 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 10 11 }
4.3.6 应答信号(ACK)
由于因为发送端和操作的不同，这里需要将ACK分成三种，①Ack(主动拉低SDA形成应答信号) ②NAck(主动不拉低SDA不形成应答信号) ③ReadAck(等待应答信号)。
①Ack(主动拉低SDA形成应答信号)
该信号在你没有读取到最后一个数据时由主机发送，使从机继续发送数据。
1 void vIIC_Ack(IIC_HandleTypedef * hIICx) 2 { 3 4 IIC_SDA_0 (hIICx); //拉低数据位 5 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 6 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟位 7 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 8 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟位 9 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 10 11 }
②NAck(主动不拉低SDA不形成应答信号)
该信号在你读取完最后一个数据时由主机发送，使从机停止发送数据。
1 void vIIC_NAck(IIC_HandleTypedef * hIICx) 2 { 3 4 IIC_SDA_1 (hIICx); //SDA拉高 不应答对方 5 vIIC_Delay_2us ( ); 6 IIC_SCL_1 (hIICx); 7 vIIC_Delay_4us ( ); 8 IIC_SCL_0 (hIICx); 9 vIIC_Delay_2us ( ); 10 11 }
③ReadAck(等待应答信号)
该信号在主机发送完数据后等待从机应答时候使用。
1 bool bIIC_ReadACK(IIC_HandleTypedef * hIICx) //返回为:=1有ACK,=0无ACK 2 { 3 IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt (hIICx); //将SDA的模式改成输入模式 4 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 5 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 6 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 7 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 8 9 if(IIC_SDA_R(hIICx)) //判断是否成功接收应答，如‘有’返回0，‘没有’则返回1 10 { 11 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 12 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 13 IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx); //接收完应答后，将SDA的模式改回输出模式 14 return FALSE; //没有应答 15 } 16 else 17 { 18 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 19 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 20 IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx); //接收完应答后，将SDA的模式改回输出模式 21 return TRUE; //产生应答 22 } 23 24 }
4.3.7 发送数据
所要发送的数据为8位，学过串口协议的应该知道按位发送，我们这里将要发送的数据进行由高到低位的一个顺序发送，具体操作如下，不懂的朋友可以将以下代码通过画图画出来，以方便理解。
1 void vIIC_SendByte(IIC_HandleTypedef * hIICx, uint8_t uSendByte) 2 { 3 4 uint8_t i; 5 6 for (i=0; i<8; i++) //循环8次 7 { 8 if(uSendByte & 0X80) //将发送的数据最高位与1相与，若发送的数据最高位为1，则将SDA拉高，否则拉低 9 IIC_SDA_1 (hIICx); 10 else 11 IIC_SDA_0 (hIICx); 12 uSendByte <<= 1; //数据左移1位 13 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 14 IIC_SCL_1 (hIICx); //时钟线拉高 15 vIIC_Delay_4us ( ); //延时 16 IIC_SCL_0 (hIICx); //时钟线拉低 17 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 18 19 } 20 21 }
4.3.8 数据接收
具体操作都写在注释部分，在SCL高电平时候去读取SDA的电平。
1 uint8_t uIIC_RecvByte(IIC_HandleTypedef * hIICx) 2 { 3 uint8_t i,uReceiveByte = 0; 4 5 IIC_GPIO_SDA_MODE_Ipt(hIICx); //将SDA的模式设置为输入模式 6 IIC_SDA_1 (hIICx); //拉高数据线 7 for(i=0;i<8;i++) //进行8次的循环 8 { 9 uReceiveByte <<= 1; //将接收到的数据左移 10 11 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 12 IIC_SCL_1 (hIICx); //拉高时钟线 13 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 14 15 if(IIC_SDA_R (hIICx)) //读取SDA电平 16 { 17 uReceiveByte |=0x01; //若SDA电平为高则将数据的最低位或上1，即为加1；若SDA电平为低，不进行该操作，则数据最低位为0 18 } 19 20 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 21 IIC_SCL_0 (hIICx); //拉低时钟线 22 vIIC_Delay_2us ( ); //延时 23 } 24 IIC_GPIO_SDA_MODE_Opt(hIICx); //将SDA的模式设置为输出模式 25 26 return uReceiveByte; 27 28 }
5.结尾
I2C协议核心基本函数为以上，将所有的核心函数结合起来便可与传感器设备进行通信了，但本博客只是单纯讲解了I2C协议，并未与传感器进行通信，若理解完I2C协议后可前往下一章博客进行与传感器通信的实践。
对STM8的I2C协议讲解到这里结束，感谢各位看官的点击。
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作 者：浩宇99✌ 出 处：https://www.cnblogs.com/zhenghaoyu/p/10719233.html
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