代码收藏家技术教程 2025-05-31

STM32 I2C通信协议详解（一）：基础知识与软件实现指南

stm32 I2C通信协议（一）（基本知识和软件实现）

一、I2C基础知识

1）I2C通信

I2C总线(Inter IC BUS)是由Philips公司开发的一种通用数据总线

两根通信线：SCL(Serial Clock)、SDA(Serial Data)

同步，半双工

带数据应答

支持总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

2）I2C硬件电路

所有I2C设备的SCL连接在一起，SDA连接在一起

每个从机有一个7位地址，部分地址可以通过引脚灵活切换

所有SCL和SDA都配置为开漏输出模式

防止电源短路，所有设备禁止强上拉模式
避免了输入输出的频繁切换
通过“线与”实现多主机模式下的时钟同步和总线仲裁

SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

2）I2C时序基本单元

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

3）I2C完整时序

指定地址写

对于指定设备（Slave Address 0xD0），在指定地址（Reg Address 0x19）下，写入指定数据（Data 0xAA）

当前地址读

对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data）

读取操作会读取到上次主机读取的地址的下一位，所以要指定地址读的话就先进行指定地址写的操作，在主机写完后再次发送起始命令就可以直接进行读的操作了

主机可以不应答，就是告诉从机不想要数据了，然后再结束

4）MPU6050简介

MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角(欧拉角)，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景

3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度

3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度

16位ADC采集传感器的模拟信号，量化范围：-32768~32767

加速度计满量程选择：±2、±4、±8、±16（g）

陀螺仪满量程选择： ±250、±500、±1000、±2000（°/sec）

可配置的数字低通滤波器，是输出数据平缓

可配置的时钟源

可配置的采样分频，控制AD转换的速度

I2C从机地址：1101000（AD0=0） 1101001（AD0=1），不融入读写位为0x68，融入读写位为0xD0

硬件电路，通过自测响应判断好坏，同时具有温度传感器，内部有电荷泵（用来升压）

其他资料详见手册

二、实验

1）软件I2C读写MPU6050

可以把AD0引脚接高电平修改MPU的名称，改了后记得地址为0xD2

关键代码：

//写一个字节
void MPU6050_WriteReg(u8 RegAddress, u8 Data){
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(0xD0);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(Data);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_Stop();
}

//读一个字节
u8 MPU6050_ReadReg(u8 RegAddress){
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(0xD0);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();
	
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(0xD1);
	MyI2C_ReceiveAck();
	u8 Data = MyI2C_ReceiveByte();
	MyI2C_SendAck(1);
	MyI2C_Stop();
	
	return Data;
}

u8 MPU6050_GetID(void){
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}

void MPU6050_Init(void){
	MyI2C_Init();
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x00);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18); 
}

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX, int16_t *AccY, int16_t*AccZ, int16_t  *GyroX, int16_t *GyroY, int16_t *GyroZ){
	
	int16_t DataH, DataL;	
						 
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
	*AccX = DataH << 8 | DataL;
						 
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
	*AccY = DataH << 8 | DataL;
						 
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
	*AccZ = DataH << 8 | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);
	*GyroX = DataH << 8 | DataL;
						 
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
	*GyroY = DataH << 8 | DataL;
						 
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
	*GyroZ = DataH << 8 | DataL;
}