ARM微控制器與嵌入式系統(tǒng) 課件 34 STM32-I2C

ARM微控制器與嵌入式系統(tǒng)

STM32-I2C主講人：景妮琴北京電子科技職業(yè)學(xué)院內(nèi)容STM32的I2C特性及架構(gòu)STM32的I2C框圖STM32的I2C通信STM32的I2C特性I2C（內(nèi)部集成電路）總線(xiàn)接口用作微控制器和I2C串行總線(xiàn)之間的接口。它提供多主模式功能，可以控制所有I2C總線(xiàn)特定的序列、協(xié)議、仲裁和時(shí)序。它支持標(biāo)準(zhǔn)和快速模式。它還與SMBus2.0兼容。STM32的I2C特性并行總線(xiàn)/I2C協(xié)議轉(zhuǎn)換器多主模式功能：同一接口既可用作主模式也可用作從模式I2C主模式特性：時(shí)鐘生成起始位和停止位生成I2C從模式特性：可編程I2C地址檢測(cè)雙尋址模式，可對(duì)2個(gè)從地址應(yīng)答停止位檢測(cè)STM32的I2C特性7位/10位尋址以及廣播呼叫的生成和檢測(cè)支持不同的通信速度：標(biāo)準(zhǔn)速度（高達(dá)100kHz）快速速度（高達(dá)400kHz）狀態(tài)標(biāo)志：發(fā)送/接收模式標(biāo)志字節(jié)傳輸結(jié)束標(biāo)志I2C忙碌標(biāo)志STM32的I2C特性錯(cuò)誤標(biāo)志：主模式下的仲裁丟失情況地址/數(shù)據(jù)傳輸完成后的應(yīng)答失敗檢測(cè)誤放的起始位和停止位禁止時(shí)鐘延長(zhǎng)后出現(xiàn)的上溢/下溢2個(gè)中斷向量：一個(gè)中斷由成功的地址/數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸事件觸發(fā)一個(gè)中斷由錯(cuò)誤狀態(tài)觸發(fā)STM32的I2C特性及架構(gòu)軟件模擬協(xié)議：使用CPU直接控制通信引腳的電平，產(chǎn)生出符合通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的邏輯。硬件實(shí)現(xiàn)協(xié)議：由STM32的I2C片上外設(shè)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)I2C通信協(xié)議，只要配置好該外設(shè)，它就會(huì)自動(dòng)根據(jù)協(xié)議要求產(chǎn)生通信信號(hào)，收發(fā)數(shù)據(jù)并緩存起來(lái)，CPU只要檢測(cè)該外設(shè)的狀態(tài)和訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)寄存器，就能完成數(shù)據(jù)收發(fā)。這種由硬件外設(shè)處理I2C協(xié)議的方式減輕了CPU的工作，且使軟件設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。STM32的I2C框圖通信引腳時(shí)鐘控制邏輯數(shù)據(jù)控制邏輯整體控制邏輯STM32的I2C框圖1.通信引腳STM32芯片有多個(gè)I2C外設(shè)，它們的I2C通信信號(hào)引出到不同的GPIO引腳上，使用時(shí)必須配置到這些指定的引腳。引腳I2C編號(hào)I2C1I2C2I2C3SCLPB6/PB8PF1/PB10/PH4PA8/PH7SDAPB7/PB9PF0/PB11/PH5PC9/PH8STM32的I2C框圖2.時(shí)鐘控制邏輯SCL線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)，由I2C接口根據(jù)時(shí)鐘控制寄存器(CCR)控制，控制的參數(shù)主要為時(shí)鐘頻率?？蛇x擇I2C通信的“標(biāo)準(zhǔn)/快速”模式，這兩個(gè)模式分別I2C對(duì)應(yīng)100K/400Kbit/s的通信速率。在快速模式下可選擇SCL時(shí)鐘的占空比，可選Tlow/Thigh=2或Tlow/Thigh=16/9模式。CCR寄存器中12位的配置因子CCR，它與I2C外設(shè)的輸入時(shí)鐘源共同作用，產(chǎn)生SCL時(shí)鐘。STM32的I2C外設(shè)輸入時(shí)鐘源為PCLK1。STM32的I2C框圖2.時(shí)鐘控制邏輯計(jì)算時(shí)鐘頻率：標(biāo)準(zhǔn)模式： Thigh=CCR*TPCKL1Tlow=CCR*TPCLK1快速模式中Tlow/Thigh=2時(shí)： Thigh=CCR*TPCKL1Tlow=2*CCR*TPCKL1快速模式中Tlow/Thigh=16/9時(shí)： Thigh=9*CCR*TPCKL1 Tlow=16*CCR*TPCKL1STM32的I2C框圖2.時(shí)鐘控制邏輯計(jì)算時(shí)鐘頻率：例如，我們的PCLK1=42MHz，想要配置400Kbit/s的速率，計(jì)算方式如下： PCLK時(shí)鐘周期： TPCLK1=1/42000000

目標(biāo)SCL時(shí)鐘周期： TSCL=1/400000 SCL時(shí)鐘周期內(nèi)的高電平時(shí)間： THIGH=TSCL/3 SCL時(shí)鐘周期內(nèi)的低電平時(shí)間： TLOW=2*TSCL/3

計(jì)算CCR的值： CCR=THIGH/TPCLK1=35

該結(jié)果剛好為整數(shù)，所以我們可直接把CCR取值為35，這樣I2C的SCL實(shí)際頻率即為400KHz。STM32的I2C框圖3.數(shù)據(jù)控制邏輯I2C的SDA信號(hào)主要連接到數(shù)據(jù)移位寄存器上，數(shù)據(jù)移位寄存器的數(shù)據(jù)來(lái)源及目標(biāo)是數(shù)據(jù)寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA數(shù)據(jù)線(xiàn)。當(dāng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)移位寄存器以“數(shù)據(jù)寄存器”為數(shù)據(jù)源，把數(shù)據(jù)一位一位地通過(guò)SDA信號(hào)線(xiàn)發(fā)送出去；當(dāng)從外部接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)移位寄存器把SDA信號(hào)線(xiàn)采樣到的數(shù)據(jù)一位一位地存儲(chǔ)到“數(shù)據(jù)寄存器”中。STM32的I2C框圖4.整體控制邏輯整體控制邏輯負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)I2C外設(shè)，控制邏輯的工作模式根據(jù)我們配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數(shù)而改變。在外設(shè)工作時(shí)，控制邏輯會(huì)根據(jù)外設(shè)的工作狀態(tài)修改“狀態(tài)寄存器(SR1和SR2)”，只要讀取這些寄存器相關(guān)的寄存器位，就可以了解I2C的工作狀態(tài)。STM32的I2C通信使用I2C外設(shè)通信時(shí)，在通信的不同階段它會(huì)對(duì)“狀態(tài)寄存器(SR1及SR2)”的不同數(shù)據(jù)位寫(xiě)入?yún)?shù)，通過(guò)讀取這些寄存器標(biāo)志來(lái)了解通信狀態(tài)。STM32的I2C通信分為：主發(fā)送器的通信過(guò)程主接收器的通信過(guò)程STM32的I2C通信1.主發(fā)送器的通信過(guò)程控制產(chǎn)生起始信號(hào)(S)，當(dāng)發(fā)生起始信號(hào)后，它產(chǎn)生事件‘，并會(huì)對(duì)SR1寄存器的“SB”位置1，表示起始信號(hào)已經(jīng)發(fā)送；發(fā)送設(shè)備地址并等待應(yīng)答信號(hào)，若有從機(jī)應(yīng)答，則產(chǎn)生事件“EV6”及“EV8”，這時(shí)SR1寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置1，ADDR為1表示地址已經(jīng)發(fā)送，TXE為1表示發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器為空；STM32的I2C通信1.主發(fā)送器的通信過(guò)程往I2C的“數(shù)據(jù)寄存器DR”寫(xiě)入要發(fā)送的數(shù)據(jù)，這時(shí)TXE位會(huì)被重置0，表示數(shù)據(jù)寄存器非空，I2C外設(shè)通過(guò)SDA信號(hào)線(xiàn)一位位把數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，又會(huì)產(chǎn)生“EV8”事件，即TXE位被置1，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，可以發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，控制I2C設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)(P)，這個(gè)時(shí)候會(huì)產(chǎn)生EV8_2事件，SR1的TXE位及BTF位都被置1，表示通信結(jié)束。STM32的I2C通信2.主接收器的通信過(guò)程起始信號(hào)(S)是由主機(jī)端產(chǎn)生的，控制發(fā)生起始信號(hào)后，它產(chǎn)生事件“EV5”，并會(huì)對(duì)SR1寄存器的“SB”位置1，表示起始信號(hào)已經(jīng)發(fā)送；發(fā)送設(shè)備地址并等待應(yīng)答信號(hào)，若有從機(jī)應(yīng)答，則產(chǎn)生事件“EV6”這時(shí)SR1寄存器的“ADDR”位被置1，表示地址已經(jīng)發(fā)送。STM32的I2C通信2.主接收器的通信過(guò)程從機(jī)端接收到地址后，開(kāi)始向主機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)主機(jī)接收到這些數(shù)據(jù)后，會(huì)產(chǎn)生“EV7”事件，SR1寄存器的RXNE被置1，表示接收數(shù)據(jù)寄存器非空，讀取該寄存器