STM32 I2C硬件读写

一、I2C外设简介

• STM32内部集成了硬件I2C收发电路，可以由硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、数据收发等功能，减轻CPU的负担
• 支持多主机模型（固定多主机、可变多主机）
• 支持7位/10位地址模式
• 支持不同的通讯速度，标准速度(高达100 kHz)，快速(高达400 kHz)
• 支持DMA
• 兼容SMBus协议
• STM32F103C8T6 硬件I2C资源：I2C1、I2C2

（本文内容只要掌握一主多从、7位地址的I2C。）

二、系统框图 

发送流程：

1. 当我们发送数据时可以把一个字节数据写到数据寄存器DR中（最上面的DATA REGISTER），当移位寄存器里面没有数据移位时，数据寄存器的时就会进一步转到一位寄存器里面。
2. 在移位的过程中，就可以把下一个数据放在数据寄存器里面等着。这样可以无缝衔接。
3. 当数据从数据寄存器转到一位寄存器时候，状态寄存器的TXE位为1，表示发送寄存器为空。

接收流程：

1. 输入的数据一位一位的从引脚移入到移位寄存器里，
2. 当一个字节数据收齐之后，数据就整体从移位寄存器转到数据寄存器，
3. 同时置标志位RXNE，表示接收寄存器非空。这时就可以把数据从数据寄存器读出来了。

写入控制寄存器（CR）的对应位进行操作，对于起始条件、终止条件、应答位，都可以由控制电路完成（也就是上面的数据控制框框）

IIC是高位先行，所以移位寄存器是左移，最高位先移出去，然后是次高位，一个SCL时钟移位一次，移位8次，就可以把一个字节由高位到地位，依次放到SDA线上了。

GPIO口都要配置位复用开漏输出模式 

三、发送和接收流程 

示例代码： 

/*** 函    数：MPU6050写寄存器* 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述* 参    数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF* 返 回 值：无*/
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成起始条件MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);	//硬件I2C发送从机地址，方向为发送MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);	//等待EV6I2C_SendData(I2C2, RegAddress);											//硬件I2C发送寄存器地址MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);			//等待EV8I2C_SendData(I2C2, Data);												//硬件I2C发送数据MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);				//等待EV8_2I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);											//硬件I2C生成终止条件
}

 

对于软件I2C和硬件I2C波形对比：

硬件I2C的波形更加规整，软件I2C由于操作引脚之后都加了延时（由于是同步，所以不影响）

四、代码部分

//调用函数生成起始条件
void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
//调用函数生成终止条件
void I2C_GenerateSTOP(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
//配置CR1的ACK这一位，应答位
void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 
//发送数据
void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data);
uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx);//读取DR寄存器作为返回值

整体代码：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MPU6050_Reg.h"#define MPU6050_ADDRESS		0xD0		//MPU6050的I2C从机地址/*** 函    数：MPU6050等待事件* 参    数：同I2C_CheckEvent* 返 回 值：无*/
void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{uint32_t Timeout;Timeout = 10000;									//给定超时计数时间while (I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT) != SUCCESS)	//循环等待指定事件{Timeout --;										//等待时，计数值自减if (Timeout == 0)								//自减到0后，等待超时{/*超时的错误处理代码，可以添加到此处*/break;										//跳出等待，不等了}}
}/*** 函    数：MPU6050写寄存器* 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述* 参    数：Data 要写入寄存器的数据，范围：0x00~0xFF* 返 回 值：无*/
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成起始条件MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);	//硬件I2C发送从机地址，方向为发送MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);	//等待EV6I2C_SendData(I2C2, RegAddress);											//硬件I2C发送寄存器地址MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);			//等待EV8I2C_SendData(I2C2, Data);												//硬件I2C发送数据MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);				//等待EV8_2I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);											//硬件I2C生成终止条件
}/*** 函    数：MPU6050读寄存器* 参    数：RegAddress 寄存器地址，范围：参考MPU6050手册的寄存器描述* 返 回 值：读取寄存器的数据，范围：0x00~0xFF*/
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{uint8_t Data;I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成起始条件MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);	//硬件I2C发送从机地址，方向为发送MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);	//等待EV6I2C_SendData(I2C2, RegAddress);											//硬件I2C发送寄存器地址MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);				//等待EV8_2I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);										//硬件I2C生成重复起始条件MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);					//等待EV5I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6050_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);		//硬件I2C发送从机地址，方向为接收MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);		//等待EV6I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE);									//在接收最后一个字节之前提前将应答失能I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);											//在接收最后一个字节之前提前申请停止条件MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);				//等待EV7Data = I2C_ReceiveData(I2C2);											//接收数据寄存器I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE);									//将应答恢复为使能，为了不影响后续可能产生的读取多字节操作return Data;
}/*** 函    数：MPU6050初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void MPU6050_Init(void)
{/*开启时钟*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE);		//开启I2C2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟/*GPIO初始化*/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);					//将PB10和PB11引脚初始化为复用开漏输出/*I2C初始化*/I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;						//定义结构体变量I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;				//模式，选择为I2C模式I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;				//SCL时钟速度，越高，传输越快，选择为50KHz。必须小于400khzI2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;		//时钟占空比，选择Tlow/Thigh = 2I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;				//应答，选择使能I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;	//应答地址，选择7位，从机模式下才有效I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;				//自身地址，从机模式下才有效I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure);						//将结构体变量交给I2C_Init，配置I2C2/*I2C使能*/I2C_Cmd(I2C2, ENABLE);									//使能I2C2，开始运行/*MPU6050寄存器初始化，需要对照MPU6050手册的寄存器描述配置，此处仅配置了部分重要的寄存器*/MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);				//电源管理寄存器1，取消睡眠模式，选择时钟源为X轴陀螺仪MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);				//电源管理寄存器2，保持默认值0，所有轴均不待机MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);				//采样率分频寄存器，配置采样率MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);					//配置寄存器，配置DLPFMPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);			//陀螺仪配置寄存器，选择满量程为±2000°/sMPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);			//加速度计配置寄存器，选择满量程为±16g
}/*** 函    数：MPU6050获取ID号* 参    数：无* 返 回 值：MPU6050的ID号*/
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);		//返回WHO_AM_I寄存器的值
}/*** 函    数：MPU6050获取数据* 参    数：AccX AccY AccZ 加速度计X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767* 参    数：GyroX GyroY GyroZ 陀螺仪X、Y、Z轴的数据，使用输出参数的形式返回，范围：-32768~32767* 返 回 值：无*/
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;								//定义数据高8位和低8位的变量DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);		//读取加速度计X轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);		//读取加速度计X轴的低8位数据*AccX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);		//读取加速度计Y轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);		//读取加速度计Y轴的低8位数据*AccY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);		//读取加速度计Z轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);		//读取加速度计Z轴的低8位数据*AccZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);		//读取陀螺仪X轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);		//读取陀螺仪X轴的低8位数据*GyroX = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);		//读取陀螺仪Y轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);		//读取陀螺仪Y轴的低8位数据*GyroY = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);		//读取陀螺仪Z轴的高8位数据DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);		//读取陀螺仪Z轴的低8位数据*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;						//数据拼接，通过输出参数返回
}