STM32单片机I2C总线详解:通信协议、硬件配置和编程实战

发布时间: 2024-07-06 00:54:27 阅读量: 195 订阅数: 60
![STM32单片机I2C总线详解:通信协议、硬件配置和编程实战](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/10e1ea4863fb316d48c43fdf3d2ba2da.png) # 1. I2C总线简介** I2C总线是一种串行通信协议,广泛应用于嵌入式系统中。它是一种半双工通信协议,使用两条信号线:串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)。I2C总线具有以下特点: - 低成本:只需要两条信号线,无需额外的时钟线。 - 低功耗:I2C总线采用低速通信,功耗较低。 - 高可靠性:I2C总线采用双向数据传输,具有较高的可靠性。 - 易于使用:I2C总线协议简单,易于实现。 # 2. I2C通信协议 ### 2.1 数据传输格式 I2C总线采用串行通信方式,数据以8位为一帧进行传输。数据传输格式如下: ``` +-------------------------------------------------+ | 起始位 | 从机地址(7位) | 写/读位 | 数据(8位) | 停止位 | +-------------------------------------------------+ ``` - 起始位:一个低电平信号,表示数据传输的开始。 - 从机地址:7位二进制数,用于标识要通信的从机设备。 - 写/读位:一个低电平信号表示写操作,一个高电平信号表示读操作。 - 数据:8位二进制数,表示要传输的数据。 - 停止位:一个高电平信号,表示数据传输的结束。 ### 2.2 通信流程 I2C总线通信流程如下: 1. 主机发送起始位。 2. 主机发送从机地址和写/读位。 3. 从机应答。 4. 主机发送数据(写操作)或接收数据(读操作)。 5. 从机应答。 6. 主机发送停止位。 ### 2.3 寻址和应答 在I2C总线上,每个设备都有一个唯一的7位地址。主机在发送数据之前需要先发送从机地址。从机收到地址后,如果地址与自己的地址匹配,则会发送一个应答信号(低电平)。如果没有匹配,则不会发送应答信号。 ### 2.4 中断处理 I2C总线支持中断处理。当发生以下事件时,可以触发中断: - 从机应答 - 数据传输完成 - 发生错误(例如:仲裁丢失、总线空闲超时) 中断处理程序可以根据不同的事件类型执行相应的操作,例如:接收数据、发送数据或处理错误。 # 3. STM32单片机I2C硬件配置** ### 3.1 I2C外设寄存器 STM32单片机的I2C外设寄存器主要包括以下几个: | 寄存器名称 | 描述 | |---|---| | I2C_CR1 | 控制寄存器1,用于配置I2C总线的基本功能,如传输模式、时钟频率等 | | I2C_CR2 | 控制寄存器2,用于配置I2C总线的其他功能,如中断使能、从机地址等 | | I2C_OAR1 | 从机地址寄存器1,用于配置从机的地址 | | I2C_OAR2 | 从机地址寄存器2,用于配置从机的地址掩码 | | I2C_DR | 数据寄存器,用于发送和接收数据 | | I2C_SR1 | 状态寄存器1,用于反映I2C总线的当前状态 | | I2C_SR2 | 状态寄存器2,用于反映I2C总线的其他状态 | ### 3.2 I2C时钟配置 I2C总线的时钟频率可以通过I2C_CR2寄存器的PSC和F_SCL两个字段进行配置。PSC字段用于设置时钟预分频系数,F_SCL字段用于设置时钟频率。 时钟频率计算公式: ``` F_SCL = F_APB1 / (PSC + 1) * F_SCL ``` 其中: * F_APB1:APB1总线时钟频率 * PSC:时钟预分频系数 * F_SCL:I2C总线时钟频率 例如,如果APB1总线时钟频率为42MHz,PSC设置为1,F_SCL设置为1,则I2C总线时钟频率为21MHz。 ### 3.3 I2C引脚配置 I2C总线使用两个引脚:SCL(时钟线)和SDA(数据线)。这些引脚需要配置为开漏输出模式,并连接到外部上拉电阻。 STM32单片机的I2C引脚配置可以通过GPIO寄存器进行配置。以下代码示例展示了如何配置PB6和PB7引脚为I2C引脚: ```c // 启用GPIOB时钟 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN; // 配置PB6为开漏输出模式 GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE6; GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_MODE6_1; // 配置PB7为开漏输出模式 GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE7; GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_MODE7_1; ``` ### 3.4 中断配置 I2C总线支持中断功能,可以通过I2C_CR2寄存器的ITEN字段进行使能。当I2C总线发生中断时,会触发I2C_IRQn中断。 I2C总线支持以下中断: * TXE:发送数据寄存器为空中断 * RXNE:接收数据寄存器非空中断 * TC:传输完成中断 * STOP:停止条件检测中断 * NACKF:非应答中断 * ARLO:仲裁丢失中断 * OVR:溢出/欠载中断 * PECERR:PEC错误中断 * SMBALERT:SMBus警报中断 中断配置可以通过NVIC寄存器进行配置。以下代码示例展示了如何配置I2C_IRQn中断: ```c // 启用I2C中断 NVIC_EnableIRQ(I2C_IRQn); // 配置I2C中断优先级 NVIC_SetPriority(I2C_IRQn, 1); ``` # 4. I2C通信编程实战 ### 4.1 I2C初始化 **代码块:** ```c void I2C_Init(I2C_TypeDef *I2Cx, uint32_t clock_spee ```
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广州大学计算机硕士,硬件开发资深技术专家,拥有超过10多年的工作经验。曾就职于全球知名的大型科技公司,担任硬件工程师一职。任职期间负责产品的整体架构设计、电路设计、原型制作和测试验证工作。对硬件开发领域有着深入的理解和独到的见解。
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