15. STM32-I²C 介绍

介绍

I²C（Inter-Integrated Circuit）中文是内部整合电路，属於串列通讯汇流排。最早是由Philips开发，为了使嵌入式系统、手机等等可以连接低速周边装置而发展的，适用於短距离通讯。

I²C只需要两条线即可完成通讯，分别是SDA与SCL因此非常的节省空间。大多应用於小型元件，最常看到的应该是EEPROM这一类的元件。

那I²C与SPI差别在哪呢?

I²C汇流排架构

使用时允许多个Master进行通讯，将各设备SCL与SDA连结即可。每一设备皆由属於自己的地址，不管是任何设备SDA与SCL都属於Open Drain 的IO脚，同时并接(Wired-And)在两条线路上，皆需要加入上拉电阻。当导通时是低电位不导通时为浮接，所以利用电阻将电位拉高。

Wired-And指的是:

→Wired : 直接将设备对应的线接在一起

→And : 也就是大家熟知的And逻辑闸

也就是说只有当输入都为High的时候才会输出High，任一个为Low即为Low。代表着在汇流排当中只要有一个晶片为Low那就会是Low，而晶片可以轻易地控制Bus输出Low，但要输出High实则连其他晶片也必须同时输出High。

I²C Protocol

可以看到上图是一个I²C传送资料的过程，先说明一下什麽是SDA与SCL:

SDA : 资料线，所以的资料交换都是在SDA上完成
SCL : 时钟线，由Master输出用

I²C的传输包括了四个部分:最开头的Start信号，接下来会接上设备的I²C地址与传送的资料，最後会接上一个Stop信号。

1. 先从起始信号与结束信号来看:
   

如何开始通讯?可以看到上方一刚开始由SDA与SCL皆处於High的情况，接着SDA向下拉由1变为0，这时SCL一样保持为High，这个动作就可以当作一个开始信号。

SDA = 1;
Delay();
SCL = 1;
Delay();
SDA = 0;
Delay();
SCL = 0;
Delay();

如何结束通讯? 首先由SDA先降为Low而SCL处在High，接着再将SDA拉回High则代表结束通讯。

SDA = 0;
Delay();
SCL = 1;
Delay();
SDA = 1;
Delay();

2. 资料传输过程 :

在I²C当中交换资料时，是以8bit加上1bit的ACK为一组，每一次交换都是将MSB先传送。无论是I²C的设备地址还是後续要交换的资料都需要按照这个模式去做传送。

ACK与NACK说明

上方提到每一组资料会在後方接上一个ACK bit，而这个bit会由接收端产生。其中又分为ACK与NACK，ACK为Low而NACK为High。在这过程并非发送端一定时Master，也有可能是由Slave在传送，而由Master产生ACK或NACK。

那是不是任何时候都能去透过SDA做资料交换呢?

当然是不行，可以看看下方这张图片说明资料有效性。只有在SCL为Low时才可以去做资料的交换，这时候表示SDA处在混乱的阶段。相反的当SCL为High时则无法去变更SDA，表示SDA处於稳定状态。

3. I²C地址说明 :

地址分为7bit与10bit两种地址，大多设备还是使用7bit作为地址长度。而如何区分究竟是7还是10bit则可以看到下图，假设是10bit前方5个bit则为11110而後续接上2bit设备地址并且接上r/w(r:1 / w: 0)後等待ACK，接着才会接收剩余的7bit。

.IOC档设定

1. 左侧Connectivity选单当中可以选择I2C1-I2C3这边以I2C示范。点选後可以看到上方可以设置I2C的模式选择I2C开启。

• SMBus-Alert-Mode
• SMBus-two-wire-interface

SMBus另外有支援Alert Signal可以在收到Alert时询问是哪个Slace所发出的，再去对该设备进行後续处理。

2. GPIO脚位 : I2C1的SCL连接为PB6 SDA为PB7

3. 详细设置

函数说明

同样的有分为轮询与中断方式

Master

• 传送轮询方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size, uint32_t Timeout)

• 接收轮询方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size, uint32_t Timeout);

• 传送 中断方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size);

• 接收 中断方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData,uint16_t Size);

Slave

• 传送轮询方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size,uint32_t Timeout);

• 接收轮询方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size,uint32_t Timeout);

• 传送 中断方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);

• 接收 中断方式

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);

中断回调函式-Master

• 传送中断回调函式

__weak void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_MasterTxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

• 接收中断回调函式

__weak void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_MasterRxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

中断回调函式-Slave

• 传送中断回调函式

__weak void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}

• 接收中断回调函式

__weak void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(hi2c);

  /* NOTE : This function should not be modified, when the callback is needed,
            the HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback could be implemented in the user file
   */
}