代码收藏家 详解STM32F030硬件I2C代码及原理解析
刚接触STM32的时候，第一个学习的就是I2C，当时去网上学习别人写得I2C代码，虽然能用，但是当时并不理解为什么要这么配置，特别希望有人把代码掰碎了讲讲看，今天突然想起来，就把以前写的I2C代码拿出来掰碎了捋捋，希望对新手有些帮助。
先说说STM32的I2C：
ST的M3系列还有M4系列的I2C基本上是一致的，但是到M0系列以后，I2C的设计是重新修改过的，所以用起来会比M3和M4系列的好用很多，前面的文章有详细描述过STM32F103的I2C的硬件缺陷，有兴趣的可以看看，接下来讲讲M0系列的硬件I2C。
从我的使用体验上来说，M0系列的I2C用起来比STM32F103的体验感强太多了，少了很多纷繁复杂的EVENT，通信的流程简化了很多，先看看初始化的代码：
void IIC_Init(void)
{
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//I2C时钟使能
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOC,ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;// GPIO_PuPd_NOPULL
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_0);//SDA
GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_0);//SCL
//IIC配置
I2C_InitStructure.I2C_Timing=0x00200002;//0x00210507
I2C_InitStructure.I2C_AnalogFilter=I2C_AnalogFilter_Enable;
I2C_InitStructure.I2C_DigitalFilter=4;
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; //I2C模式
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =0; //指定自己的地址为七位地址,和从器件不同即可
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;//启用应答
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//七位地址模式
I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);
/* 使能 I2C */
I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}
IO配置
IO配置为开漏输出，选择复用功能。
TIMING配置
I2C外设寄存器的配置，第一个参数I2C_Timing很多新手朋友可能不知道该怎么设置，原来的时候ST官方有个execl的小工具，选择I2C频率，上升时间和下降时间后，点击计算就可以得到一个值，复制过来填进去就行，如下图（可以在官网找到，名字：I2C_Timing_Configuration_V1.0.1）
后面我发现一个更简单的办法，直接在cubemx上面选择M0的芯片的I2C,配置好对应的设置后会自动生成配置值：
滤波器配置
timing配置完成后是滤波器的配置，模拟滤波器和数字滤波器的作用：
去除总线上的一些噪声干扰。
开启后对总线的影响：
在总线上没有挂负载时，I2C的速度可以根据时钟源选择，超过I2C协议规定的3.4M/s（如此速度下通信，前提是从机能支持），但是当开启数字滤波和模拟滤波后，速度会下降很多。
其他的配置没什么特别要注意的地方，不详细展开。
读EEPROM流程详述
I2C作为主机读写从机数据，从机是EEPROM,只做了简单的读数据操作，当时为了偷懒没有做翻页读的处理（由于当时有很多种型号的EEPROM，读写函数里做了条件编译来兼容不同系列），
EE_TYPE在头文件中的定义如下：
#define A24C01 0x01
#define A24C02 0x02
#define A24C04 0x03
#define A24C08 0x04
#define A24C16 0x05
#define A24C32 0x06
#define A24C64 0x07
#define A24C128 0x08
#define A24C256 0x09
#define A24C512 0x0a
#define A24C1024 0x0b
#define EE_TYPE A24C02
//IIC读取数据函数
void IIC_Read(uint16_t SalveAddr,uint8_t startaddr,uint8_t *buffer,uint8_t Length)
{
uint8_t i;
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY));//检查总线是否繁忙
#if (EE_TYPE > A24C16)
I2C_TransferHandling(I2C1,SalveAddr,2,I2C_SoftEnd_Mode,I2C_Generate_Start_Write);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//检查TXDR寄存器是否为空
I2C_SendData(I2C1, startaddr>>8);//向总线发送从器件地址
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//检查发送是否完成
I2C_SendData(I2C1,startaddr);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TC)==RESET);
#else
I2C_TransferHandling(I2C1,SalveAddr,1,I2C_SoftEnd_Mode,I2C_Generate_Start_Write);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//检查TXDR寄存器是否为空
I2C_SendData(I2C1,startaddr);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TC)==RESET);
#endif
I2C_TransferHandling(I2C1,SalveAddr,Length,I2C_AutoEnd_Mode, I2C_Generate_Start_Read);//产生一个读的起始信号
for(i=0;i<Length;i++)
{
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_RXNE)==RESET);//等待接收完成
buffer[i]=I2C_ReceiveData(I2C1);
}
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_STOPF)==RESET);//作为主机检测由外设产生的停止信号
I2C_ClearFlag(I2C1,I2C_FLAG_STOPF);
}
读数据前先对总线进行BUSY判断，总线电平有变化时，说明处于busy状态，暂时无法操作。
如果总线处于空闲状态，就可以接手总线的控制权，调用I2C_TransferHandling函数向总线上的器件发起寻址，参数中需要确定从器件地址，发送字节数，及达到发送字节数后的结束方式，是否生成起始条件及读写方向。
其中结束方式有三个选项：
软件结束模式：在既定传输字节完成后，TC标志将置位且SCL线低电平将被延展，此时可以执行的操作有两个，一是不放弃总线控制权重新发起start信号，二是通过软件操作手动发送停止位。
自动结束模式：在既定传输字节完成后，硬件自动发送停止位。
重加载模式：当要传输的字节数大于255时，可以选择重加载模式，完成既定传输字节数后，TCR标志将置1，SCL会被延长，向NBYTES中写入一个非0值可以继续传输数据，但是在向NBYTES中写入最后一次传输的字节数之前，必须关闭重加载模式。
由于从器件是EEPROM，在器件地址发送完成后还要发送一次读写地址，此时如果用的从机器件是24c16以下的型号，从机的读写地址就是8位的，如果是24c32以上的，就要发送16位读写地址。读写地址发送完成后判断TC标志表示发送完成，16位地址时，需要在高8位地址发送完成后判断TXIS标志，我理解的TXIS标志置起状态是TXDR寄存器中数据传输到移位寄存器中（此寄存器没有公开到用户手册），并未转化成高低电平到总线时的状态（TC标志未置位），TXIS置起后，可以继续发送低八位地址。
到这里为止，如果通信过程顺利，接下来的操作就是对eeprom具体区域读数，由于上一次调用I2C_TransferHandling选择软件结束模式，且并未发送停止信号，接下来的操作就是调用I2C_TransferHandling，再次发起起始信号，发送从器件地址，将传输方向从写改为读，且确定传输字节数，接下来就是根据既定字节数，由硬件自动发送时钟出去读取数据，根据RXNE标志来接收数据，如果想读取的字节数小于255，可以选择自动结束模式，在传输完成后，自动发出停止信号，也可以选择软件结束（需要在传输完成后配置寄存器发出停止信号），如果接收数据大于255，选择重加载模式，操作方法上文有描述。
接收完成后，需要读取状态寄存器判断主机是否已经发送停止位，此时，一次完整的I2C作为主机读取EEPROM数据的通信过程结束。
写EEPROM流程详述
void IIC_Write(uint16_t SalveAddr,uint8_t startaddr,uint8_t *buffer, uint8_t Length)
{
uint8_t i;
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY));
#if (EE_TYPE > A24C16)
I2C_TransferHandling(I2C1,SalveAddr,2,I2C_Reload_Mode,I2C_Generate_Start_Write);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//检查TXDR寄存器是否为空
I2C_SendData(I2C1, startaddr>>8);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//该位在Reload=1时NBYTES个数数据发送完成后被置1，向NBYTES写入非0数值时被清0
I2C_SendData(I2C1,startaddr);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TCR)==RESET);
#else
I2C_TransferHandling(I2C1,SalveAddr,1,I2C_Reload_Mode,I2C_Generate_Start_Write);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//检查TXDR寄存器是否为空
I2C_SendData(I2C1,startaddr);
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TCR)==RESET);
#endif
I2C_TransferHandling(I2C1,SalveAddr,Length,I2C_AutoEnd_Mode,I2C_No_StartStop);
for(i=0;i<Length;i++)
{
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_TXIS)==RESET);//等待发送寄存器为空
I2C_SendData(I2C1,buffer[i]);
}
while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_STOPF)==RESET);//作为主机检测由外设产生的停止信号
I2C_ClearFlag(I2C1,I2C_FLAG_STOPF);
}
作为主机写EEPROM的操作流程类似，但是不需要修改传输方向，所以在第一次寻址时使用重加载模式，在8位或16位读写地址发送完成后，不重新生成起始信号，直接再次写入NBYTES，开始写入数据操作，由于该函数中我既定的传输字节数小于255，所以在该次传输开始前将模式修改成自动结束模式。
然后就是开始发送数据，后续结束流程和读EEPROM操作时类似。
