手把手之STM32I2C总线

●IIC总线

1、IIC的概念

    I?C是Inter-IntegratedCircuit的缩写，用两条双向的线，一条 Serial Data Line (SDA) ，另一条Serial Clock(SCL)。SCL：上升沿将数据输入到每个EEPROM器件中；下降沿驱动EEPROM器件输出数据(边沿触发)。SDA：双向数据线，为OD门，与其它任意数量的OD与OC门成"线与"关系。

    每一个I2C总线器件内部的SDA、SCL引脚电路结构都是一样的，引脚的输出驱动与输入缓冲连在一起。其中输出为漏极开路的场效应管，输入缓冲为一只高输入阻抗的同相器，这种电路具有两个特点：

1)由于SDA、SCL为漏极开路结构(OD)，因此它们必须接有上拉电阻,阻值的大小常为 1k8, 4k7 and 10k ，但1k8 时性能最好；当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是线"与"关系。

2)引脚在输出信号的同时还将引脚上的电平进行检测，检测是否与刚才输出一致，为"时钟同步"和"总线仲裁"提供了硬件基础。

2、IIC主从设备

    系统中的所有外围器件都具有一个7位的"从器件专用地址码"，其中高4位为器件类型，由生产厂家制定，低3位为器件引脚定义地址，由使用者定义。主控器件通过地址码建立多机通信的机制，因此I2C总线省去了外围器件的片选线，这样无论总线上挂接多少个器件，其系统仍然为简约的二线结构。终端挂载在总线上，有主端和从端之分，主端必须是带有CPU的逻辑模块，在同一总线上同一时刻使能有一个主端，可以有多个从端，从端的数量受地址空间和总线的最大电容 400pF的限制。二者都可以传输数据，但是从设备不能发起传输，且传输是受到主设备控制的。

3、速度

普通模式：100kHz；

快速模式：400kHz；

高速模式：3.4MHz；

没有任何必要使用高速SCL，将SCL保持在100k或以下，然后忘了它吧。。。

4、协议

1）空闲状态

I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高

2）起始信号

当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

3）结束信号

当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

4）应答信号

    发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。 对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

     如下图逻辑分析仪的采样结果：释放总线后，如果没有应答信号，sda应该一直持续为高电平，但是如图中蓝色虚线部分所示，它被拉低为低电平，证明收到了应答信号。这里面给我们的两个信息是：1)接收器在SCL的上升沿到来之前的低电平期间拉低SDA；2)应答信号一直保持到SCL的下降沿结束；正如前文红色标识所指出的那样。

5）数据有效性

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。我的理解：虽然只要求在高电平期间保持稳定，但是要有一个提前量，也就是数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好，因为在前面I2C总线之(一)---概述一文中已经指出，数据是在SCL的上升沿打入到器件(EEPROM)中的。

4、仲裁和同步

1）时钟同步
所有主机在 SCL 线上产生它们自己的时钟来传输 I2C 总线上的报文， 数据只在时钟的高电平周期有效。因此 需要一个确定的时钟进行逐位仲裁。
由于所有的SCL连接在一起，只要有一个是低电平，SCL就会被拉低。当某个主机的时钟将SCL拉低之后，如果其他主机的时钟发现自己的SCL和总线不一样，就会进入高电平等待状态
2）仲裁
仲裁发生在SDA线，和时钟同步的道理一样，当某一个主机将SDA拉低之后，SDA就会变低。如果另外一个主机的SDA发现自己和总线不一样，那么就会退出竞争。

5、数据传送

主设备发送

数据传输过程中，首先要发送一个7位从机地址过去，紧接着的第 8 位是数据方向位 R/W， 0表示发送( 写)， 1 表示请求数据 (读)
其实这个过程发送了一个字节，高4位由IC的生产厂家决定，后3位由用户自己定（例如某些EEPROM有A0\A1\A2三个引脚，这样就可以决定了用户自定义地址），最后一位是读写信号
1）发送起始位
2）发送从设备的地址和读/写选择位；释放总线，等到EEPROM拉低总线进行应答；如果EEPROM接收成功，则进行应答；若没有握手成功或者发送的数据错误时EEPROM不产生应答，此时要求重发或者终止。
3）发送想要写入的内部寄存器地址；EEPROM对其发出应答；
4）发送数据
5）发送停止位

主设备接收数据

1）发送起始位；
2）发送slave地址+0；
3）发送内部寄存器地址；
4）重新发送起始位；
5）重新发送slave地址+1；
6）读取数据
7）主机接收器在接收到最后一个字节后，也不会发出ACK信号。于是，从机发送器释放SDA线，以允许主机发出P信号结束传输。
8）发送停止位

●STM32的IIC接口
1、IIC功能说明

2、寄存器说明

1）控制寄存器I2C_CR1

2）I2C自有地址寄存器I2C_OAR1

3)I2C数据寄存器

4）I2C状态寄存器I2C_SR1

4）I2C状态寄存器I2C_SR2

●代码

●从器件MPU6050

1、功能介绍

     MPU-60X0 九轴运动传感器，它集成了3轴陀螺仪，3轴加速度传感器，以及一个可扩展的数字运动处理器。可以使用I2C总线和一个第三方的数字传感器连接起来，扩展之后可以通过I2C接口或者SPI接口输出一个9轴的数据（SPI总线仅在MPU6000可以使用）
    传感器的测量范围是可以由用户控制的，陀螺仪的范围可以是(-250,250)、
(-500,500)、(-1000,1000)、(-2000，2000)（度/s）加速计的范围可以是(-2,2)、(-4,4)、(-8,8)、(-16，16)（单位g）。通信速度在I2C模式下最高400khz。引脚：23脚为I2C串行时钟、24脚为I2C数据、9脚为从机地址线MPU6050从设备地址110100x，x位由9号管脚来决定，因此一条I2C总线上只能有2个运动传感器。内置一个温度传感器，内部提供8M时钟

2、命令

用IIC操作MPU6050的过程就是发送命令接收数据的过程

3、初始化及收发数据