代码收藏家技术教程 2025-06-17

嵌入式学习系列课程之江协stm32day7实战详解

这几节都是通信协议

I2C

在 I²C 硬件电路里用开漏输出，主要是为了避免总线冲突、适配多设备通信，具体原因如下：

防止短路损坏：I²C 总线支持多主 / 从设备共存，若用推挽输出，不同设备同时输出高、低电平，会使电源与地直接短路（如一个设备 “推” 高电平，另一个 “挽” 低电平），引发过大电流，烧坏芯片；开漏输出高电平时为高阻态，依赖外部上拉电阻拉至高电平，可规避此风险。

实现 “线与” 功能：开漏输出下，多个设备连总线，只要有一个设备拉低总线，整体就为低电平（“线与” 逻辑），能让多设备协调总线使用权（如总线仲裁，检测到总线被拉低，就知已有设备占用），契合 I²C 多设备共享总线的需求。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}
uint8_t MyI2C_R_SDA()
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11);
	Delay_us(10);
	return BitValue;

}
void MyI2C_Init()
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11);
	
}
void MyI2C_Start()
{

	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);

}
void MyI2C_Stop()
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SDA(1);	
}
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
	MyI2C_W_SDA(Byte&(0x80>>i));
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
	}

}
uint8_t MyI2C_ReceiverByte()
{
	
	uint8_t i,Byte=0x00;
	MyI2C_W_SDA(1);
	for(i=0;i<8;i++)
	{
	MyI2C_W_SCL(1);
	if(MyI2C_R_SDA()==1){Byte|=(0x80>>i);}
	MyI2C_W_SCL(0);
	}
	return Byte;
}
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{

	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);


}
uint8_t MyI2C_ReceiveAck()
{
	
	uint8_t AckBit;
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);
	AckBit=MyI2C_R_SDA();
	MyI2C_W_SCL(0);
	return AckBit;
}

可能会有疑问，在函数中似乎有多余的操作，这是为了与下一个时序单元连接。例如在起始条件中，仅仅要求SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平，但我们把SCL也切换到了低电平，这是为了与发送和接收连接。

还可能对于接收字节有疑问，为什么没有数据放到SDA的1部分？我们这是写的主机的接收函数，从主机角度来看，只需要读取就行了，从机已经将数据放在SDA上了

软件I2C读写MPU6050

传感器前端
加速度计（X/Y/Z Accel）、陀螺仪（X/Y/Z Gyro）：采集三维空间的加速度、角速度信号，是运动数据的 “源头”，比如检测设备的倾斜、旋转。
Temp Sensor（温度传感器）：辅助采集环境温度，可用于传感器补偿（部分场景下温度会影响传感精度）。
Self test（自检模块）：对加速度计、陀螺仪单独做自检，判断硬件是否正常，像系统启动时快速排查传感器故障。
ADC（模数转换器）：把加速度计、陀螺仪、温度传感器输出的模拟电信号，转换成数字信号，方便后续处理。
信号处理与控制
Signal Conditioning（信号调理）：对 ADC 转换后的原始数字信号做滤波、校准等预处理，优化信号质量，让数据更稳定、准确。
Digital Motion Processor（DMP，数字运动处理器）：核心 “大脑” 之一，能独立运行运动算法（比如姿态解算），减轻主控制器的计算负担，直接输出融合后的运动数据（如四元数、欧拉角）。
寄存器与存储
Sensor Registers（传感器寄存器）、Config Registers（配置寄存器）：存储传感器的工作参数（如量程、采样率）、配置指令，主控制器通过读写这些寄存器，设置传感器工作模式。
FIFO（先入先出队列）：临时缓存运动数据，可批量读取，适合高频率数据采集场景，避免数据丢失或频繁中断主控制器。
Interrupt Status Register（中断状态寄存器）：标记中断触发源（比如数据就绪、运动阈值触发），主控制器可快速查询中断原因，响应特定事件（如设备突然晃动）。
通信接口
Slave I2C and SPI Serial Interface（从机 I2C/SPI 接口）：作为从设备，让主控制器（如单片机）通过 I2C 或 SPI 协议，读写寄存器、获取数据，是 “外部主控与 MPU – 60X0 交互” 的通道。
Master I2C Serial Interface（主机 I2C 接口）：MPU – 60X0 可作为 I2C 主机，扩展连接其他从设备（比如磁力计），实现多传感器融合，构建更完整的运动感知系统。
Serial Interface Bypass Mux（串行接口复用器）：灵活切换通信路径，适配不同系统的硬件连接需求，比如某些场景下直接透传辅助设备（AUX 相关）的数据。
电源与时钟
CLOCK（时钟模块）：接收 CLKIN 输入，为整个芯片提供时序基准，保障各模块同步工作；CLKOUT 可输出时钟，供外部设备使用。
Bias & LDO（偏置与低压差稳压器）：为内部电路提供稳定电源，维持传感器、处理器的正常工作电压，保障性能一致性。
Charge Pump（电荷泵）：可能用于生成特定电压（比如为传感器供电、满足模拟电路需求），优化电源效率或适配特殊模块。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPu6050_Reg.h"
#define MPU6050_ADDRESS 0xD0



void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(Data);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_Stop();
}
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();

	
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS|0x01);
	MyI2C_ReceiveAck();
	Data=MyI2C_ReceiverByte();
	MyI2C_SendAck(1);
	MyI2C_Stop();
	
	return Data;
}


void MPU6050_Init()
{
	MyI2C_Init();
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x00);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);
}
uint8_t MPU6050_GetID()
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX,int16_t *AccY,int16_t *AccZ,
	int16_t *GyroX,int16_t *GyroY,int16_t *GyroZ)
{
	uint8_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;
	
	
}

硬件I2C读写MPU6050

一、核心信号与模块分区

SDA（Serial Data Line，串行数据线）：双向线，传输数据、地址、控制信息，是 I²C 通信的 “数据通道”。

SCL（Serial Clock Line，串行时钟线）：由主机产生时钟信号，同步 SDA 上的数据传输，保障通信时序一致。

SMBALERT（System Management Bus Alert，系统管理总线警报）：可选信号线，用于从设备主动向主机发送警报（如故障、数据就绪），属于拓展功能。

二、各模块功能详解

时钟控制链路
时钟控制（Clock Control）：接收 SCL 信号，结合 时钟控制寄存器（CCR） 配置（如时钟分频、速率模式），为整个 I²C 模块提供时序基准，决定通信速率（标准模式、快速模式等）。
控制寄存器（CR1&CR2）：存储 I²C 工作模式、使能 / 禁用、中断配置等核心参数，是 “软件配置 I²C 功能” 的入口（比如开启 I²C、设置地址模式）。
状态寄存器（SR1&SR2）：实时反馈 I²C 通信状态（如总线忙、数据是否发送完成、是否检测到从机应答），主程序通过读取这些寄存器，判断通信进度和结果。
数据处理链路
数据控制（Data Control）：管理 SDA 线上的数据收发，协调 “发送 / 接收” 状态切换，确保数据按 I²C 协议（起始位、地址位、数据位、停止位）有序传输。
数据移位寄存器（Data Shift Register）：串行 ↔ 并行数据转换的 “桥梁”：发送时，把 数据寄存器（DATA REGISTER） 的并行数据逐位移到 SDA；接收时，把 SDA 串行数据拼接成并行值，存回数据寄存器，供 CPU 读取。
比较器（Comparator）：配合 自身地址寄存器（含双地址寄存器），判断总线上的目标地址是否与自身匹配：若匹配，触发从机响应（如应答、进入数据收发模式），实现 “主机寻址、从机识别” 的通信基础。
帧错误校验（PEC）计算 / 寄存器：自动生成或校验数据包的 PEC（类似 CRC 校验），检测通信过程中的数据错误，保障传输可靠性（部分 I²C 模式下可选启用）。
控制与协作
控制逻辑电路（Control Logic Circuit）：I²C 模块的 “总指挥”，整合时钟、数据、寄存器状态，协调中断触发（如数据收发完成、地址匹配）、DMA 请求（批量数据传输时，直接与内存交互，减轻 CPU 负担），让 I²C 通信与系统其他模块（如 CPU、内存）高效协作。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MPu6050_Reg.h"
#define MPU6050_ADDRESS 0xD0

void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
		uint32_t Timeout;
	Timeout=10000;
	while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT)!=SUCCESS)
	{
		Timeout--;
		if(Timeout==0)
			break;
	}

}

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	
	I2C_SendData(I2C2,MPU6050_ADDRESS);
		MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);

	I2C_SendData(I2C2,Data);
		MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
	
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);

}
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	

	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	
	I2C_SendData(I2C2,MPU6050_ADDRESS);
		MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
	
		I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);

		I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Receiver);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);

	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
	
		MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);
	Data=I2C_ReceiveData(I2C2);
	
		I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);

	return Data;
}


void MPU6050_Init()
{
//	MyI2C_Init();
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	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);
	
	
	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
	I2C_InitStructure.I2C_Mode=I2C_Mode_I2C;
	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed=50000;
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle=I2C_DutyCycle_2;
	I2C_InitStructure.I2C_Ack=I2C_Ack_Enable;
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress=I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1=0x00;
	I2C_Init(I2C2,&I2C_InitStructure);
	
	I2C_Cmd(I2C2,ENABLE);
	
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x00);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);
}
uint8_t MPU6050_GetID()
{
	return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}

void MPU6050_GetData(int16_t *AccX,int16_t *AccY,int16_t *AccZ,
	int16_t *GyroX,int16_t *GyroY,int16_t *GyroZ)
{
	uint8_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;
	
	
}

要注意接收字节时的EV6_1、EV7_1

作者：Camellia0311

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