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STM32硬件I2C通信外设教程

文章目录

  • 前言
  • I2C硬件介绍
  • 10 位地址模式
  • 硬件I2C的引脚定义
  • I2C框图
  • 主机发送序列图
  • 主机接收序列图
  • 硬件I2C读写MPU6050
  • 总结

    • 前言

    本文主要介绍stm32自带的I2C通信外设，对比与软件模拟I2C，硬件I2C可以自动生成时序，时序的操作更加及时规范，可以实现更加高性能的IIC通信。
    本文内容与I2C软件通信有诸多类似之处，I2C软件通信可见：https://blog.csdn.net/qq_53922901/article/details/136662006?spm=1001.2014.3001.5501

    I2C硬件介绍

    10 位地址模式

    在8位指定地址读的基础下，把第一个字节的前5位改为标志位，值为11110，表示为10位地址模式，剩下的三位加上第二个字节的八位组成十位地址位加上读写位

    硬件I2C的引脚定义

    I2C框图

    发送数据：写入数据寄存器，数据寄存器写入移位寄存器，然后数据寄存器为空，继续写入，再通过移位寄存器一位一位的发送完毕，然后置状态寄存器TXE = 1，发送寄存器为空。
    接收数据：通过移位寄存器一位一位的接收数据，接收完毕后移入数据寄存器，置RXNE = 1，接收寄存器非空。

    自身地址寄存器&双地址寄存器：在STM32作为从机时，通过这两个寄存器寻址，若与设置的地址对应则使STM32作为从机使用，双地址则表示作为多个从机使用。

    I2C基本使用框图：主要需要使用的部分

    主机发送序列图

    主机接收序列图

    通过参考手册，了知道这些标志位的作用与操作
    以下为控制寄存器1被需要用到的标志位

    以下为状态寄存器中被需要使用的标志位

    硬件I2C读写MPU6050

    电路连接

    按照官方序列图来改写MPU6050.c:

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header


#define MPU6050_Slave 	0xd0
// 配置滤波、传感器的初始配置
#define SMPLRT_DIV			0X19
#define CONFIG					0X1A
#define GYRO_CONFIG			0X1B
#define ACCEL_CONFIG		0X1C
// 这几个连续的寄存器存储着各个轴的值
#define ACCEL_XOUT_H		0X3B
#define ACCEL_XOUT_L		0X3C
#define ACCEL_YOUT_H		0X3D
#define ACCEL_YOUT_L		0X3E
#define ACCEL_ZOUT_H		0X3F
#define ACCEL_ZOUT_L		0X40
#define TEMP_OUT_H 			0X41
#define TEMP_OUT_L			0X42
#define GYRO_XOUT_H			0X43
#define GYRO_XOUT_L			0X44
#define GYRO_YOUT_H			0X45
#define GYRO_YOUT_L			0X46
#define GYRO_ZOUT_H			0X47
#define GYRO_ZOUT_L			0X48

#define PWR_MGMT_1			0X6B
#define PWR_MGMT_2			0X6C
#define WHO_AM_I				0X75

// 封装I2C_CheckEvent，避免死循环使程序卡死
void Wait_CheckEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT){
	uint16_t count = 10000;
	while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT)==ERROR){
		count--;
		if(count==0)	// 错误处理
			break;
	}
}

// 向寄存器写入数据
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddr,uint8_t Data){
	// 生成起始条件
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	// 检测EV5事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	// 发送第一个字节,从机地址+写
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Slave,I2C_Direction_Transmitter);
	// 检测EV6事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	// 发送数据1(寄存器地址)
	I2C_SendData(I2C2,RegAddr);
	// 检测EV8事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);
	// 发送数据2(数据)
	I2C_SendData(I2C2,Data);
	// 检测EV8_2事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
	// 产生终止条件
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}

// 从寄存器读取数据
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddr){
	uint8_t Data;
	// 生成起始条件
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	// 检测EV5事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	// 发送第一个字节,从机地址+写
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Slave,I2C_Direction_Transmitter);
	// 检测EV6事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	// 发送数据1(寄存器地址)
	I2C_SendData(I2C2,RegAddr);
	// 检测EV8_2事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
	// 生成重复起始条件
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	// 检测EV5事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	// 指定地址读
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Slave,I2C_Direction_Receiver);
	// 检测EV6事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);
	// 只发送一个字节，所以要提前将ACK置0并提前停止
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
	// 检测EV7事件,未成功则继续等待
	Wait_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);
	Data = I2C_ReceiveData(I2C2);
	// ACK置回1
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);
	return Data;
}

// 初始化
void MPU6050_Init(void){
	// 开启硬件IIC的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);
	// 开启GPIO时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	
	// 配置GPIO,复用开漏模式
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	
	// 配置IIC外设
	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
	I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;		// 发送应答
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;		// 作为从机应答几位地址
	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;		// 50KHz
	// 占空比，由于弱上拉的电路原因，当高速通讯时，数据的变化比较缓慢，需要更多的低电平来等待SDA改变电平，所以占空比在高速模式下会低电平占比更多，标志速度下此配置不起作用。
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
	I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;	// I2C模式
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;		// 作为从机时的地址，需与作为从机时应答几位地址配置对应
	I2C_Init(I2C2,&I2C_InitStructure);
	
	// I2C外设使能
	I2C_Cmd(I2C2,ENABLE);
	
	
	// 配置寄存器
	MPU6050_WriteReg(PWR_MGMT_1,0x01);		// 解除睡眠,选择推荐的陀螺仪x轴时钟
	MPU6050_WriteReg(PWR_MGMT_2,0x00);		// 不用待机
	MPU6050_WriteReg(SMPLRT_DIV,0x09);		// 10分频
	MPU6050_WriteReg(CONFIG,0x06);	
	MPU6050_WriteReg(GYRO_CONFIG,0x18);		// 自测不使能,使用最大量程
	MPU6050_WriteReg(ACCEL_CONFIG,0x18);
}

// 用于存储获取的加速度与陀螺仪各轴的值
struct MPU6050_DataDef{
	int16_t AccX;
	int16_t AccY;
	int16_t AccZ;
	int16_t GyroX;
	int16_t GyroY;
	int16_t GyroZ;
}MPU6050_Data;
// 把寄存器的值高低位封装好了保存到结构体中
void MPU6050_GetData(void){
	uint16_t DataH,DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(ACCEL_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(ACCEL_XOUT_L);
	MPU6050_Data.AccX = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(ACCEL_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(ACCEL_YOUT_L);
	MPU6050_Data.AccY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(ACCEL_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(ACCEL_ZOUT_L);
	MPU6050_Data.AccZ = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(GYRO_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(GYRO_XOUT_L);
	MPU6050_Data.GyroX = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(GYRO_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(GYRO_YOUT_L);
	MPU6050_Data.GyroY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(GYRO_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(GYRO_ZOUT_L);
	MPU6050_Data.GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}

uint8_t MPU8050_GetId(void){
	return MPU6050_ReadReg(WHO_AM_I);
}

    主函数main.c:

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"
#include "Timer.h"


int main(void)
{
	uint8_t ID;
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"ID:");
	MPU6050_Init();
	Timer_Init();
	ID = MPU8050_GetId();
	OLED_ShowHexNum(1,7,ID,2);
	MPU6050_GetData();
	while (1)
	{
		OLED_ShowSignedNum(2,1,MPU6050_Data.AccX,5);
		OLED_ShowSignedNum(2,9,MPU6050_Data.AccY,5);
		OLED_ShowSignedNum(3,1,MPU6050_Data.AccZ,5);
		OLED_ShowSignedNum(3,9,MPU6050_Data.GyroX,5);
		OLED_ShowSignedNum(4,1,MPU6050_Data.GyroY,5);
		OLED_ShowSignedNum(4,9,MPU6050_Data.GyroZ,5);

	}
}


//中断函数
void TIM2_IRQHandler(void){
	// 获取中断标志位
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update) == SET){
		MPU6050_GetData();
		// 清除标志位
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);
	}
}

    总结

    硬件I2C使用了大量的库函数来配置，所以需要了解这些库函数的使用，配合寄存器的详细介绍来理解。

    作者：CC Cian

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