STM32之I2C通信
起始条件寄存器（STM32转为主模式）---检测起始标志位SB---将从机地址写入数据寄存器DR---是否接收？标志位ADDR置位---移位/数据寄存器是否空标志位---（EV8事件）写入数据1 ......--请求设定停止位（EV8_2事件）---写入停止位。），时序信号如下，第一部分为要写入的设备地址，第二部分为该设备的某个寄存器，第三部分为要写入的内容。针指示的地址下，读取从机数据（Data
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课程链接：[10-1] I2C通信协议_哔哩哔哩_bilibili
一、I2C总线介绍
1.I2C总线简要介绍
I2C总线(Inter IC BUS)是由Philips公司开发的一种通用数据总线，其由两根通信线:SCL(Serial Clock)、SDA(Serial Data)进行通信
I2C总线特点：同步,半双工、带数据应答、支持总线挂载多设备(一主多从、多主多从)
2. I2C电路模型
硬件电路：
3.I2C时序基本单元
（1）起始终止条件
（2）主机向从机发送数据时序
流程：主机在拉低SCL，在其低电平时将数据放在SDA上，然后主机松开SCL，从机读取SDA的数据，注意该过程高位先行
（2）从机向主机发送数据时序
与（1）过程相似
（3）应答机制
4.读写具体时序
（1）指定地址写：对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，写入指定数据（Data），时序信号如下，第一部分为要写入的设备地址，第二部分为该设备的某个寄存器，第三部分为要写入的内容。当写入一个数据后，地址执政+1，继续写数据 
（2）当前地址读：对于指定设备（Slave Address），在当前地址指针指示的地址下，读取从机数据（Data），如下图，第一部分为设备选择并读，第二部分为读取的数据，而数据对应的寄存器地址由指针能够给出
（3）指定地址读：对于指定设备（Slave Address），在指定地址（Reg Address）下，读取从机数据（Data）。过程时序由指定地址写的前两部分和当前地址写构成指定地址读。其中指定地址读的指针指向写入的地址
注意：上述时序中，从机控制SDA发送一个字节权利开始于读写标志位为1，结束于主机应答为1
二、MPU6050
1.MPU6050简介
MPU6050是一个6轴姿态传感器，可以测量芯片自身X、Y、Z轴的加速度、角速度参数，通过数据融合，可进一步得到姿态角，常应用于平衡车、飞行器等需要检测自身姿态的场景，包含：
a.3轴加速度计（Accelerometer）：测量X、Y、Z轴的加速度
b.3轴陀螺仪传感器（Gyroscope）：测量X、Y、Z轴的角速度
对角速度进行积分就是角度
2.主要参数
• 16 位 ADC 采集传感器的模拟信号，量化范围： -32768~32767
• 加速度计满量程选择： ±2 、 ±4 、 ±8 、 ±16 （ g ）
• 陀螺仪满量程选择： ±250 、 ±500 、 ±1000 、 ±2000 （ °/sec ）
• 可配置的数字低通滤波器
• 可配置的时钟源
• 可配置的采样分频
•
• I2C 从机地址： 1101000 （ AD0=0 ）
1101001（AD0=1）
3.硬件电路及接口
|
引脚 |
功能 |
|
VCC、GND |
电源 |
|
SCL、SDA |
I2C通信引脚 |
|
XCL、XDA |
主机I2C通信引脚 |
|
AD0 |
从机地址最低位 |
|
INT |
中断信号输出 |
三、MPU6050软件I2C读写
软件I2C读写需要用IO口模拟I2C 的时序，分协议层、驱动层、应用层
协议：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
//起始终止时，SCL高电平必须动SDA
//发送接收数据时，SCL高电平必须不动SDA
//1.读I2C操作
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_10,(BitAction)BitValue);//(BitAction)强制类型转换
Delay_us (10);
}
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOB,GPIO_Pin_11,(BitAction)BitValue);//(BitAction)强制类型转换
Delay_us (10);
}
//2.读I2C操作
uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{
uint8_t BitValue;
BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_11);
Delay_us (10);
return BitValue;
}
//3.I2C初始化
void MyI2C_Init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;//开漏输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB ,&GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11);
}
//4.起始和终止条件
void MyI2C_Start(void)
{
MyI2C_W_SDA(1);
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SDA(0);
MyI2C_W_SCL(0);//起始条件
}
void MyI2C_Stop(void)
{
MyI2C_W_SDA(0);
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SDA(1);
}
//5.发送接收一个字节
//（1）发送一个字节
//SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
uint8_t i;
for(i=0;i<8;i++)
{
MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));//高位先行与Byte移位与
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SCL(0);
}
}
//（2）接收一个字节
//SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位
//!!!注意：主机在接收之前，需要释放SDA
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
uint8_t i,Byte = 0x00;
MyI2C_W_SDA(1);
for(i=0;i<8;i++)
{
MyI2C_W_SCL(1);
if(MyI2C_R_SDA() == 1)
{
Byte = Byte | (0x80 >> i);//若接收数据为高电平，就将Byte对应位一位置1，其余位不变
}
MyI2C_W_SCL(0);
}
return Byte;
}
//6.发送应答和接收应答
//发送应答：主机在接收完一个字节之后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
MyI2C_W_SDA(AckBit);
MyI2C_W_SCL(1);
MyI2C_W_SCL(0);
}
//接收应答：主机在发送完一个字节之后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，
//数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void)
{
uint8_t AckBit;
MyI2C_W_SDA(1);
MyI2C_W_SCL(1);
AckBit = MyI2C_R_SDA();
MyI2C_W_SCL(0);
return AckBit;
}
MPU6050读写数据以及传感器加速度角速度数据获取
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050_Reg.h"
#define MPU6050_ADDRESS 0xD0
//指定地址写一个字节
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
//1.开始
MyI2C_Start();
//2.从机编号
MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
MyI2C_ReceiveAck(); //从机应答
//3.发送基地址
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_ReceiveAck();
//4.发送数据
MyI2C_SendByte(Data);
MyI2C_ReceiveAck();
//4.发送终止
MyI2C_Stop();
}
//指定地址读一个字节
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
//存取接收到的数据
uint8_t Data;
//开始
MyI2C_Start();
//从机编号
MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS);
MyI2C_ReceiveAck(); //从机应答
//发送基地址
MyI2C_SendByte(RegAddress);
MyI2C_ReceiveAck();
MyI2C_Start();
//0xD0是写地址，0xD1是读地址
MyI2C_SendByte(MPU6050_ADDRESS | 0x01);//0xD1
MyI2C_ReceiveAck();
Data = MyI2C_ReceiveByte();
//读取一个字节，不给从机应答
MyI2C_SendAck(1);
MyI2C_Stop();
return Data;
}
void MPU6050_Init(void)
{
MyI2C_Init();
//解除睡眠
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);
//陀螺仪时钟，不待机
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);
//10分频
MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);
}
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}
//读取寄存器获取陀螺仪数据
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;
//X轴加速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
*AccX = (DataH << 8) | DataL; //将两个8位值构成一个16位值
//Y轴加速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
*AccY = (DataH << 8) | DataL;
//Z轴加速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
*AccZ = (DataH << 8) | DataL;
//X轴角速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);
*GyroX = (DataH << 8) | DataL;
//Y轴角速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
*GyroY = (DataH << 8) | DataL;
//Z轴角速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}
主函数：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "MyI2C.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"
uint8_t ID;
int16_t AX,AY,AZ,GX,GY,GZ;
int main(void)
{
OLED_Init();
MPU6050_Init();
OLED_ShowString(1,1,"ID:");
ID = MPU6050_GetID();
OLED_ShowHexNum(1,4,ID,2);
/*
计算：X/32768 = 实际值 / 16
X为测算值
*/
while(1)
{
MPU6050_GetData(&AX, &AY, &AZ, &GX, &GY, &GZ);
OLED_ShowSignedNum(2,1,AX,5);
OLED_ShowSignedNum(3,1,AY,5);
OLED_ShowSignedNum(4,1,AZ,5);
OLED_ShowSignedNum(2,8,GX,5);
OLED_ShowSignedNum(3,8,GY,5);
OLED_ShowSignedNum(4,8,GZ,5);
}
}
四、MPU6050硬件I2C读写
配置结构图：
1.主机发送数据（指定地址写）：
其中指定地址分为两种地址：7位地址（起始位后就是指定地址+一位读写位）和10位地址（11110+2位地址+1位读写位+8位地址位）
7位指定地址写配置流程：
起始条件寄存器（STM32转为主模式）---检测起始标志位SB---将从机地址写入数据寄存器DR---是否接收？标志位ADDR置位---移位/数据寄存器是否空标志位---（EV8事件）写入数据1 ......--请求设定停止位（EV8_2事件）---写入停止位
2.主机接收数据（指定地址读）：
3.代码部分
删掉软件I2C的MyI2C.h文件，通过库函数进行协议配置，除了MPU6050.h文件，其余不变
MPU6050.h文件更改如下：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MPU6050_Reg.h"
#define MPU6050_ADDRESS 0xD0
//定义一个等待事件函数
void MPU6050_WriteEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
uint32_t Timeout;
Timeout = 10000;
while(I2C_CheckEvent(I2Cx,I2C_EVENT) != SUCCESS)//EV5事件是否发生
{
Timeout --;
if (Timeout == 0)
{
break;
}
}
}
//一、指定地址写一个字节
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{
//1.开始条件时序
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//EV5事件是否发生
//2.写从机地址
I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//EV6事件是否发生
//3.写入发送地址
I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);//EV8事件是否发生
//4.写入发送的数据
I2C_SendData(I2C2,Data);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//EV8_2事件是否发生
//5.终止条件时序
I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}
//二、指定地址读一个字节
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
uint8_t Data;
//1.开始条件时序
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//EV5事件是否发生
//2.写从机地址
I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//EV6事件是否发生
//3.写入发送地址
I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//EV8事件是否发生
//4.重复起始条件
I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//EV5事件是否发生
//5.读从机地址
I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Receiver);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);//EV6事件是否发生
//6.ACK提前置0（从机不应答）、STOP置1
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);
I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
MPU6050_WriteEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);//EV7事件是否发生
//7.接收数据
Data = I2C_ReceiveData(I2C2);
//8.恢复ACK置1（从机应答）
I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);
return Data;
}
//三、MPU6050初始化
void MPU6050_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;//复用开漏
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 50000;
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;
I2C_Init(I2C2,&I2C_InitStructure);
//解除睡眠
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);
//陀螺仪时钟，不待机
MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);
//10分频
MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);
MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);
}
//四、读取寄存器获取陀螺仪数据
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;
//X轴加速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
*AccX = (DataH << 8) | DataL; //将两个8位值构成一个16位值
//Y轴加速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
*AccY = (DataH << 8) | DataL;
//Z轴加速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
*AccZ = (DataH << 8) | DataL;
//X轴角速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);
*GyroX = (DataH << 8) | DataL;
//Y轴角速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
*GyroY = (DataH << 8) | DataL;
//Z轴角速度
DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}
//五、获取ID号
uint8_t MPU6050_GetID(void)
{
return MPU6050_ReadReg(MPU6050_WHO_AM_I);
}
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