GPIO软件模拟IIC时序

一、MPU6050中的IIC时序

1.1 START和STOP

SDA和SCL在高电平时，SDA拉低表示START。SCL拉低，表示可以传输数据。
SDA和SCL在低电平时，SDA拉高表示STOP。 SCL拉高，表示传输数据结束。

/******************************************
*函数原型：    void IIC_Start(void)
*功能：        产生IIC起始信号
******************************************/
void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;
    IIC_SCL=1;
    delay_us(4);
    IIC_SDA=0; //START:when CLK is high,SDA change from hig to low
    delay_us(4);
    IIC_SCL=0; //Ready Transmit or Receive
}

/******************************************
*函数原型：    void IIC_Start(void)
*功能：        产生IIC结束信号
******************************************/
void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;
    IIC_SCL=0;
    delay_us(4);
    IIC_SDA=1; //STOP:when CLK is low,SDA change from low to high
    IIC_SCL=1; //发送I2C总线结束信号
    delay_us(4);
}

一些的宏定义：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))

#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+12)
#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+8)


#define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //输出
#define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //输入

//驱动接口，GPIO模拟IIC
//PB7->I2C_SDA
//PB6->I2C_SCL
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0x0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=0x80000000;} //上拉输入
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0x0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=0x30000000;} //通用推挽输出，不用硬件IIC


//IO操作函数
#define IIC_SCL  PBout(6)
#define IIC_SDA  PBout(7)
#define READ_SDA PBin(7)

1.2 ACK和NACK时序图

在START信号后，读取8位的数据，STM32需要对MPU6050发出响应以同步。
第九个SCL时，SCL从低电平变成高电平后，SDA如果是低电平则是ACK，如果是高电平则是NACK。

/******************************************
*函数原型：    void IIC_Wait_Ack(void)
*功能：        等待应答信号到来
*输出；        1，接收应答失败
       0，接收应答成功
******************************************/
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
    u8 ucErrTime = 0;
    SDA_IN();
    IIC_SDA=1;
    delay_us(1);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(1);
    while(IIC_SDA) //最多等待50us
    {
        ucErrTime++;
        if(ucErrTime>50)
        {
            IIC_Stop();
            return 1;
        }
        delay_us(1);
    }
    IIC_SCL=0; //时钟输出0
    return 0;
}

/******************************************
*函数原型：    void IIC_Ack(void)
*功能：        产生ACK应答信号SDA=0
******************************************/
void IIC_Ack(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;
    delay_us(1);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(1);
    IIC_SCL=0;
}

/******************************************
*函数原型：    void IIC_Ack(void)
*功能：        产生ACK应答信号SDA=0
******************************************/
void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=1;
    delay_us(1);
    IIC_SCL=1;
    delay_us(1);
    IIC_SCL=0;
}

1.3 MPU6050写入时序



写时序的步骤：START+（MPU6050地址+W）+等待ACK+寄存器地址+等待ACK+写入的数据+等待ACK+STOP。
读时序的步骤：START+（MPU6050地址+W）+等待ACK+寄存器地址+START+读取数据+ACK响应+STOP。

/****************************************************
*函数原型：    u8 IICwriteBytes(u8 dev, u8 reg, u8 length, u8 *data)
*功能：        将多个字节写入指定设备 指定寄存器
*输入：        dev    目标设备地址
* reg    寄存器地址
* length 要写的字节数
* *data  将要写的数据的首地址
*返回：        返回是否成功，1成功
****************************************************/
u8 IICwriteBytes(u8 dev, u8 reg, u8 length, u8 *data)
{
    u8 count = 0;
    IIC_Start();
    IIC_Send_Byte(dev); //发送写命令
    IIC_Wait_Ack();
    IIC_Send_Byte(reg); //发送写入的地址
    IIC_Wait_Ack();
    for(count=0;count<length;count++)
    {
        IIC_Send_Byte(data[count]);
        IIC_Wait_Ack();
    }
    IIC_Stop(); //发送停止信号

    return 1;
}

/******************************************
*函数原型：    u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
*功能：        读取一个Byte的字节
*输入：        读取一个字节,ack=1,发送ACK,ack=0,发送nACK
*返回：        读取到的Byte
******************************************/
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
    unsigned char i, receive = 0;
    SDA_IN(); //设置为输入
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        IIC_SCL=0;
        delay_us(1);
        IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA) receive++;
        delay_us(1);
    }
    if(ack)
        IIC_Ack(); //发送ACK
    else
        IIC_NAck(); //发送NACK

    return receive;
}

留下了一个不太清楚的内容，按位，位长度写数据：

/****************************************************
*函数原型：    u8 IICwriteBits(u8 dev, u8 reg, u8 bitStart, u8 length, u8 data)
*功能：        读、修改、写指定设备、指定寄存器一个字节中的多个位
*输入：        dev       目标设备地址
* reg       寄存器地址
* bitStart  目标字节的起始位,自左向右？
* length    位长度
* data      存放改变目标字节位的值
*返回：        返回是否成功，1成功
****************************************************/
u8 IICwriteBits(u8 dev, u8 reg, u8 bitStart, u8 length, u8 data)
{
    u8 b;
    u8 mask;
    if(IICreadByte(dev, reg, &b) != 0)
    {
        mask = (0xFF << (bitStart +1))| 0xFF >> ((8 - bitStart) + length -1);
        data >>= (7 - bitStart);
        b &= mask;
        b |= data;
        return IICwriteByte(dev, reg, b);
    } else {
        return 0;
    }
}