I2C学习笔记-软件模拟I2C

I2C学习笔记（软件模拟）

- 介绍
- GPIO的配置
- 信号的展示
- - 起始信号与停止信号
  - 应答信号（非应答信号）
  - 检测应答信号
  - 发送一个字节数据
  - 接收一个字节数据
- 硬件配置
- 实物测试

介绍

I2C的信号大概有起始信号、应答信号、停止信号、写数据、读数据、无应答信号等，每个信号都有其不同的特点时序要求。

参考视频思路：https://www.youtube.com/watch?v=6IAkYpmA1DQ

参考资料：正点原子HAL库介绍

GPIO的配置

/*** @brief       初始化IIC* @param       无* @retval      无*/
void iic_init(void)
{GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE();  /* SCL引脚时钟使能 */IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE();  /* SDA引脚时钟使能 */gpio_init_struct.Pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;        /* 推挽输出 */gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                /* 上拉 */gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;      /* 高速 */HAL_GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);/* SCL */gpio_init_struct.Pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;        /* 开漏输出 */HAL_GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);/* SDA *//* SDA引脚模式设置,开漏输出,上拉, 这样就不用再设置IO方向了, 开漏输出的时候(=1), 也可以读取外部信号的高低电平 */iic_stop();     /* 停止总线上所有设备 */
}

/* 引脚 定义 */#define IIC_SCL_GPIO_PORT               GPIOB
#define IIC_SCL_GPIO_PIN                GPIO_PIN_6
#define IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE()       do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PB口时钟使能 */#define IIC_SDA_GPIO_PORT               GPIOB
#define IIC_SDA_GPIO_PIN                GPIO_PIN_7
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE()       do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)   /* PB口时钟使能 *//******************************************************************************************//* IO操作 */
#define IIC_SCL(x)        do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \}while(0)       /* SCL */#define IIC_SDA(x)        do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \}while(0)       /* SDA */#define IIC_READ_SDA     HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN) /* 读取SDA */

信号的展示

起始信号与停止信号

起始信号：当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变

停止信号：当SCL位高电平时，SDA由低电平向高电平跳变

在这里插入图片描述

代码实现


/*SCL SAD都由1跳变到0*/
void I2CStart(void)
{
/* SCL为高电平期间, SDA从高电平往低电平跳变*/IIC_SDA ( 1 );	IIC_SCL ( 1 );iic_delay( );IIC_SDA ( 0 );	iic_delay( );IIC_SCL ( 0 );	iic_delay( ); /* 钳住总线, 准备发送/接收数据 */}

抓包数据
在这里插入图片描述

/*SCL SDA 都由0跳变到1*/
void I2CStop(void)
{/* SCL为高电平期间, SDA从低电平往高电平跳变*/IIC_SDA ( 0 );	iic_delay( );IIC_SCL ( 1 );	iic_delay( );IIC_SDA ( 1 ); 	/* 发送总线停止信号*/iic_delay( );}

在这里插入图片描述

应答信号（非应答信号）

在发送完数据后，SCL为高电平，如果SDA为低电平则为应答信号。因为I2C外部默认上拉，如果为低电平时就说明从机在响应了，如果还是高电平就说明从机没有动作。

在这里插入图片描述

数据线为低位时，表示应答

void iic_ack(void)
{ IIC_SCL (0);	iic_delay( );IIC_SDA (0);  /* 数据线为低电平，表示应答 */iic_delay( );IIC_SCL (1); 	iic_delay( );
}

在这里插入图片描述

数据线为高位时，说明从机没动作，被上拉至高电平，说明没有应答。

void iic_nack(void)
{ IIC_SCL (0);	iic_delay( );IIC_SDA (1);  /* 数据线为高电平,表示非应答 */iic_delay( );IIC_SCL (1); 	iic_delay( );
}

在这里插入图片描述

检测应答信号

检测应答信号，是在SCL为高电平的时候检测的，所以首先SDA为高电平，上拉电阻的存在，表示是释放了SDA，然后将SCL拉高，延时等待SDA是否为低电平，如果SDA为低电平，表示是从机发来的应答信号，为高电平则说明从机没有应答。

uint8_t iic_wait_ack (void) /* return 1:fail 0:succeed*/
{	IIC_SDA (1);  /* 主机释放SDA线 */iic_delay( );IIC_SCL (1);  /* 从机返回ACK*/ 	iic_delay( );if ( IIC_READ_SDA ) /* SCL高电平读取SDA状态*/ {iic_stop();	    /* SDA高电平表示从机nack */ return 1;}IIC_SCL(0);	 /* SCL低电平表示结束ACK检查 */ iic_delay( );return 0;
}

发送一个字节数据

一个字节数据默认为8位，首先先发高位，

0x80就是 1000 0000，所以经过8次循环，每一次取得最高位然后左移7 发送出去，发送出去后数据位左移动一位，用于下一次循环的发送。

当SCL为高电平时，数据位有效，所以

void iic_send_byte(uint8_t data)
{for (uint8_t t = 0; t < 8; t++){	/* 高位先发 */IIC_SDA((data & 0x80) >> 7);iic_delay( );IIC_SCL ( 1 );	iic_delay( );IIC_SCL ( 0 );data <<= 1; /* 左移1位, 用于下一次发送 */}IIC_SDA ( 1 ); 	/* 发送完成,主机释放SDA线 */ 
}

波形图分析：

在这里插入图片描述

接收一个字节数据

接收数据，当数据在SCL为高电平时，说明数据有效。也会是先把SCL拉高，延时等待，让后去读取SDA的电平作为接收的数据，每次在SDL为高电平的时候接收，每接收一位数据就左移一位，最后组成8位数据。

如果是0 的话，就+0 如果是1的话就+1 让后接收完左移1

如 0xaa 1010 1010

第0次 rec = 0

第一次 rec=1 0000 0001 <<1 0000 0010

第二次 rec=0 0000 0010 <<1 0000 0100

第三次 rec=1 0000 0101 <<1 0000 1010

第四次 rec=0 0000 1010 <<1 0001 0100

第五次 rec=1 0001 0101 <<1 0010 1010

第六次 rec=0 0010 1010 <<1 0101 0100

第七次 rec=1 0101 0101 <<1 1010 1010

uint8_t iic_read_byte (uint8_t ack) /* 1:ack 0:nack*/
{ uint8_t receive = 0 ;for (uint8_t t = 0; t < 8; t++){	/* 高位先输出，先收到的数据位要左移 */ receive <<= 1;		IIC_SCL ( 1 );	iic_delay( );if ( IIC_READ_SDA ) receive++;IIC_SCL ( 0 );iic_delay( );}if ( !ack ) iic_nack();else iic_ack();return receive; 	
}