嵌入式系统：I2C

I2C

（一）I2C协议

1.通信方式

（1）同步串行

（2）半双工

2.电路连接

（1）引脚

• SDA：串行数据引脚
• SCL：同步串行时钟引脚

（2）引脚特性

• I2C引脚模式为开漏模式

  • 一个总线多设备连接，防止短路（不会出现高低电平同时出现，损坏IO）
  • 外接上拉电阻，输出高电平

  ---

• 线与逻辑，总线上只能有一个主设备（总线仲裁）

  • 总线被占用后，其他设备无法占用（SDA由高电平变为低电平，启动总线）

2.数据传输时序

（1）开始条件

• SCL为高电平时，SDA由高电平变为低电平

（2）从机地址 + 读写命令

（3）数据收发

（4）停止条件

• SCL为高电平时，SDA由低电平变为高电平

3.数据收发电平

（1）SCL处于高电平时，SDA电平稳定（从机接收数据）

（2）SCL处于低电平时，SDA电平变化（主机发送数据）

4.数据帧格式

（1）从机地址（7位地址 + 1位读写控制）

（2）1位应答位

（3）数据（8位）

（二）I2C读写数据流程

1.写数据流程

（1）主机启动总线（开始条件）

（2）主机发送从机地址 + 写命令，等待从机应答

（3）主机写从机寄存器地址，等待从机应答

（4）主机写数据，等待从机应答（可多字节写，但一次只能写一个字节，重复写）

（5）写操作完成，主机停止总线（停止条件）

2.读数据流程

（1）主机启动总线（开始条件）

（2）主机发送从机地址 + 写命令，等待从机应答

（3）主机写从机寄存器地址，等待从机应答

（4）主机重新启动总线

（5）主机发送从机地址 + 读命令，等待从机应答

（6）主机读取从机数据，主机发送应答信号（多字节读取，但一次只能读一个字节，重复读）

（7）读操作完成，主机停止总线（停止条件）

（三）编程

1.编程流程

（1）GPIO复用为I2C模式（硬件I2C）

• 注意配置引脚为开漏模式
• 内部上拉

（2）I2C功能配置

• 波特率（时钟频率）
• 主从模式
• 从地址位数（7bit/10bit)
• 应答信号使能

（3）I2C模块使能

（4）数据收发（按照时序）

2.编程实例

（1）寄存器版本

#include "msp.h"
#include "driverlib.h" 

void initI2C()
{
	//GPIO复用为I2C
	P1->SEL0 |= (BIT6 | BIT7);
	P1->SEL1 &=~(BIT6 | BIT7);
	
	//I2C功能配置
	//打开I2C寄存器配置
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_SWRST;
	
	//时钟源选择:3MHz
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_I2C_CLOCKSOURCE_SMCLK;
	//时钟分频：100kHz
	EUSCI_B0->BRW = 30;	
	//I2C模式、主机
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_MODE_3 | EUSCI_B_CTLW0_MST;
	
	//关闭寄存器配置
	EUSCI_B0->CTLW0 &=~EUSCI_B_CTLW0_SWRST;
}

int I2CsendByte(uint8_t SlaveAddr,uint8_t PointerAddr,uint8_t *SendData,uint8_t Num)
{
	int timeout = 100;
	
	//发送从机地址
	EUSCI_B0->I2CSA = SlaveAddr;
	
	//发送起始条件
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_TR | EUSCI_B_CTLW0_TXSTT;
	
	//等待起始条件发送完成
	while(EUSCI_B0->CTLW0 & EUSCI_B_CTLW0_TXSTT)
	{
		timeout--;
		if(timeout < 0)
			return 1;
	}
	
	//发送寄存器地址
	EUSCI_B0->TXBUF = PointerAddr;
	
	//等待传输完成
	timeout = 100;
	while(EUSCI_B0->TXBUF)
	{
		timeout--;
		if(timeout < 0)
			return 2;
	}
	
	while(Num)
	{
		EUSCI_B0->TXBUF = *SendData;
		
		timeout = 100;
		while(EUSCI_B0->TXBUF)
		{
			timeout--;
			if(timeout < 0)
				return 3;
		}
		
		SendData++;
		Num--;
	}
	
	//发送停止条件
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_TXSTP;
}

int I2CrecvByte(uint8_t SlaveAddr,uint8_t PointerAddr,uint8_t *RecvData,uint8_t Num)
{
	int timeout = 100;
	
	//发送从机地址
	EUSCI_B0->I2CSA = SlaveAddr;
	
	//发送起始条件
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_TR | EUSCI_B_CTLW0_TXSTT;
	
	//等待起始条件发送完成
	while(EUSCI_B0->CTLW0 & EUSCI_B_CTLW0_TXSTT)
	{
		timeout--;
		if(timeout < 0)
			return 4;
	}
	
	//发送寄存器地址
	EUSCI_B0->TXBUF = PointerAddr;
	
	//等待传输完成
	timeout = 100;
	while(EUSCI_B0->TXBUF)
	{
		timeout--;
		if(timeout < 0)
			return 5;
	}
	
	//发送停止条件
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_TXSTP;
	
	timeout = 100;
	while(EUSCI_B0->CTLW0 & EUSCI_B_CTLW0_TXSTP)
	{
		timeout--;
		if(timeout < 0)
			return 6;
	}
	
	//发送开始条件（接收模式下)
	EUSCI_B0->CTLW0 &=~EUSCI_B_CTLW0_TR;
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_TXSTT;
	
	//等待起始条件发送完成
	while(EUSCI_B0->CTLW0 & EUSCI_B_CTLW0_TXSTT)
	{
		timeout--;
		if(timeout < 0)
			return 7;
	}
	
	while(Num)
	{
		*RecvData = EUSCI_B0->RXBUF;
		RecvData++;
		Num--;
	}
	
	//发送停止条件
	EUSCI_B0->CTLW0 |= EUSCI_B_CTLW0_TXSTP;
}

void main()
{
	WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
	
	initI2C();
	while(1);
}

（2）库函数版本

#include "msp.h"
#include "driverlib.h" 

void initI2C()
{
	//GPIO复用为I2C
	GPIO_setAsPeripheralModuleFunctionInputPin(GPIO_PORT_P1,GPIO_PIN6 + GPIO_PIN7, GPIO_PRIMARY_MODULE_FUNCTION);
	
	//I2C功能配置
	eUSCI_I2C_MasterConfig i2cConfig;
	
	i2cConfig.selectClockSource		= EUSCI_B_I2C_CLOCKSOURCE_SMCLK;
	i2cConfig.i2cClk				= 3000000;
	i2cConfig.dataRate				= EUSCI_B_I2C_SET_DATA_RATE_100KBPS;
	i2cConfig.byteCounterThreshold	= 0;
	i2cConfig.autoSTOPGeneration	= EUSCI_B_I2C_NO_AUTO_STOP;
	
	
	I2C_initMaster(EUSCI_B1_BASE, &i2cConfig);
	
}

int SendI2CByte(uint8_t SlaveAddr,uint8_t PointerAddr,uint8_t *SendData,uint8_t Num)
{
	//提前设置好从机地址（这点与其他MCU不同）
	I2C_setSlaveAddress(EUSCI_B0_BASE,SlaveAddr);
	
	//发送模式
	I2C_setMode(EUSCI_B0_BASE,EUSCI_B_I2C_TRANSMIT_MODE);
	
	/* Clear any existing interrupt flag PL */
    I2C_clearInterruptFlag(EUSCI_B1_BASE,EUSCI_B_I2C_TRANSMIT_INTERRUPT0);

    /* Wait until ready to write PL */
    while (I2C_isBusBusy(EUSCI_B1_BASE));
	
	//发送开始条件 + 寄存器地址
	while(!I2C_masterSendMultiByteStartWithTimeout(EUSCI_B0_BASE,PointerAddr,EUSCI_B_I2C_TIMEOUT_28_MS))
		return 1;
	
	//发送数据
	while(Num)
	{
		while(!I2C_masterSendMultiByteNextWithTimeout(EUSCI_B0_BASE,*SendData,EUSCI_B_I2C_TIMEOUT_28_MS))
			return 2;
		SendData++;
		Num--;
	}
	
	I2C_masterSendMultiByteStop(EUSCI_B0_BASE);
	
}

int RecvI2CByte(uint8_t SlaveAddr,uint8_t PointerAddr,uint8_t *RecvData,uint8_t Num)
{
	//提前设置好从机地址（这点与其他MCU不同）
	I2C_setSlaveAddress(EUSCI_B0_BASE,SlaveAddr);
	
	//发送模式
	I2C_setMode(EUSCI_B0_BASE,EUSCI_B_I2C_TRANSMIT_MODE);
	
	/* Clear any existing interrupt flag PL */
    I2C_clearInterruptFlag(EUSCI_B1_BASE,EUSCI_B_I2C_TRANSMIT_INTERRUPT0);

    /* Wait until ready to write PL */
    while (I2C_isBusBusy(EUSCI_B1_BASE));
	
	//发送开始条件 + 寄存器地址
	while(!I2C_masterSendMultiByteStartWithTimeout(EUSCI_B0_BASE,PointerAddr,EUSCI_B_I2C_TIMEOUT_28_MS))
		return 3;
	
	//发送停止条件
	while(!I2C_masterSendMultiByteStopWithTimeout(EUSCI_B0_BASE,EUSCI_B_I2C_TIMEOUT_28_MS))
		return 4;
	
	//接收模式 + 开始条件
	I2C_masterReceiveStart(EUSCI_B0_BASE);
	
	while(Num)
	{
		/* Wait for RX buffer to fill */
		while(!(I2C_getInterruptStatus(EUSCI_B1_BASE,EUSCI_B_I2C_RECEIVE_INTERRUPT0)));
	

		/* Read from I2C RX register */
		*RecvData = I2C_masterReceiveMultiByteNext(EUSCI_B1_BASE);
		
		RecvData++;
		Num--;
	}
	
	I2C_masterReceiveMultiByteStop(EUSCI_B0_BASE);
	
}

void main()
{
	/* Disabling the Watchdog  */
    WDT_A_holdTimer();

	initI2C();

	while(1);
}

最后

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