一、I2C外设简介

1、STM32内部集成了I2C收发电路，可以硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、收据收发等功能，减轻CPU负担。

2、支持多主机模型；

3、支持7位/10位地址模式；

4、支持不同的通讯速度，标准速度（100KHz），快速400KHz；

5、支持DMA；

二、硬件引脚与复用

1、定义表

外设默认引脚重映射引脚总线
I2C1

PB6-SCL

PB7-SDA

PB8-SCL

PB9-SDA

APB1
I2C2

PB10-SCL

PB11-SDA

无重映射APB1

注：GPIO硬性要求：必须分配为GPIO_Mode_AF_OD，复用开漏输出，不能用推挽。

I2C总线是线与结构，需要外部4.7k--10kΩ上拉电阻，芯片内部上拉能力不足，不加上拉不稳定。空闲时，SDA、SCL被拉到高电平。

2、关键寄存器

1）I2C_CR1控制寄存器1

        PE（bit0）：I2C外设使能位，1开启；

        START（bit8）：写1，硬件产生起始信号；

        STOP（bit9）：写1，硬件产生停止信号；

        ACK（bit10）：应答机制，1：接收时发送ACK，0：接收时发送NACK；

2）I2C_CR2控制寄存器2

        FREQ[5:0]：APB1时钟频率，单位MHz；

3）I2C_OAR1/OAR2 自身从机地址寄存器

        主机模式基本不用，做从机时填写7bit/10bit地址。

4）I2C_DR 数据寄存器

         写DR：发送数据；读DR：接受数据。硬件移位寄存器自动完成位收发。DR读写会自动清除部分状态标志。

5）I2C_CCR时钟控制寄存器，计算SCL频率

        标准频率：100KHz，快速模式：400KHz。

        fscl=fapb1/2*CCR。PCLK1就是APB1的时钟(36MHz）。

100KHz标准模式：CCR=180，36M/(2*180) =100K 。

6）I2C_SR1状态寄存器1（事件+错误标志，只读）

标志位含义清除条件
SB（bit0）EV5：起始信号也发出读SR1，再写DR
ADDR（bit1）EV6：地址匹配应答成功读SR1，再读SR2
BTF（bit2）EV8_2：字节传输完成，移位寄存器+DR全部空读写DR/读SR1+SR2
RxNE(bit6)EV7：接收寄存器非空，收到数据读DR
TXE(bit7)EV8：发送寄存器空，可以写新数据写DR
AE(bit10)应答识别，从机没有ACK软件写0清零

7）I2C_SR2状态寄存器2（只读，必须配合SR1读取）

        MSL(bit0)：1：主机模式；0：从机；

        BUSY(bit1)：总线通信中，0表示总线空闲；

        TRA(bit2)：1：发送模式，0：接收模式；

三、标准库

I2C初始化结构体详解

uint32_t I2C_ClockSpeed：SCL频率，0~400KHz。

uint16_t I2C_Mode：I2C_Mode_I2C 或者I2C_Mode_SMBus。

uint16_t I2C_DutyCycle：I2C_DutyCycle_2（Duty=0标准模式）或I2C_DutyCycle_16_9（Duty =1快速模式）。

DutyCycle =SCL时钟高电平时间：低电平时间。

I2C_DutyCycle_2是高：低=1:2；标准模式下，无视这个参数，高：低=1:1

I2C_DutyCycle_16_9是：高：低=9:16。

uint16_t I2C_OwnAddress1：本机从地址，主机模式填0。

uint16_t I2C_Ack：I2C_Ack_Enable或I2C_Ack_Disable，接收是否发送ACK。

uint16_t I2C_AcknowledgedAddress：地址模式，I2C_AcknowledgedAddress_7bit或I2C_AcknowledgedAddress_10bit，一般选7位。

库函数I2C_Init()内部自动设置CR2.FREQ，CCR、TRISE，不需要手动写寄存器。

四、事件EV编号

标准库定义、轮询核心。

事件宏说明

EV5:

I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT

起始条件发送完成，SB置1

EV6:

I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED 

地址发送完成，从机应答，主机发送模式

EV6:

I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED

地址发送完成，主机接收模式

EV7:

I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED

RxNE=1，DR收到1字节数据，可以读DR

EV8:

I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING

TXE=1，DR空，可以写下一个字节

EV8_2:

I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED

BTF+TXE都置1，移位+DR全部空，适合发STOP

注：EV8只代表DR寄存器空，移位寄存器还在往外发字节，EV8_2才是整字节全部移位输出完毕，发STOP必须等EV8_2，否则停止信号错乱。

五、代码部分

1、写时序：Start→从机地址W→ACK→寄存器地址→ACK→数据1→ACK→数据2→ACK→STOP；

注：

1）发送完最后一个字节，不能看TXE(EV8)就发送STOP，必须等BTF=1（EV8_2），BTF:数据字节传输完。

2）TXE=1只代表数据寄存器DR空，BTF=1代表DR和移位寄存器全部空，字节真正全部搬运到总线上发完。

3）所以while必须加超时，防止总线卡死程序。

4）GPIO必须复用开漏模式。

参数说明：RegAddr寄存器地址，Data：要写入的值。

#define MPU6050_ADDRESS	0xD0
//超时处理函数
void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
	uint16_t Timeout =10000;
	while(I2C_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT)!=SUCCESS)
	{
		Timeout--;
		if(0 ==Timeout)
		{
            //超时处理代码，比如报警等
			break;
		}	
	}
}
//单字节写
void MPU6050_WriteReq(uint8_t RegAddr,uint8_t Data)
{
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//EV5
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//EV6
	I2C_SendData(I2C2,RegAddr);//写数据到DR
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);//EV8
	I2C_SendData(I2C2,Data);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//EV8_2
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}

多字节写：连续写一串数据，比如连续写多个寄存器。中间字节：只需要等待EV8(TXE=1)，就可以填充下一个DR；只有最后一个字节必须等待EV8_2(BTF=1)再发STOP。

2、读时序

写传感器标准流程：写寄存器地址→重复起始→读数据。时序如下：

Start→从机地址→ACK→寄存器地址W→ACK→RepeatStart→从机地址R→ACK→接收N个字节→NACK→STOP。

核心铁律：

1）最后一个字节之前，提前关闭ACK，不能读完数据再关。读完数据之后才关ACK，硬件I2C的第9位应答是提前预配置，硬件在SCL第9个脉冲输出ACK/NACK，等读完DR再改寄存器，第9个脉冲已经发送完毕。

2）多字节：倒数第2字节收到后关闭ACK。

3）单字节：EV6（接收模式选定）之后立刻关闭ACK。

4）每一步必须等待对应事件，不能直接跑代码。

5）所有循环，工程代码必须加延时，防止卡死。

6）如果只能读一次，第2次直接卡死，忘记恢复I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);

7）读出的数据全是0或者0xFF，NACK时机错误。

8）和软件I2C本质区别：

软件I2C接收：收到8bit数据后，CPU再决定输出ACK/NACK。

硬件I2C接收：第9位应答的配置，必须在这一字节的SCL第9个时钟到来之前提前设置完毕。

uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//监测EV5事件是否发生
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Address,I2C_Direction_Transmitter);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//EV8
	//重新开始
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//EV5
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Address,I2C_Direction_Receiver);//函数自动将最低位置1，不用写|0x01
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);//EV6
	//开始接收数据
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);//
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);//在接收最后一个字节前，要提前设置非应答ACK和STOP
	Data = I2C_ReceiveData(I2C2);//
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);	//恢复应答
	return Data;
}

完整工程：硬件I2C读取MPU6050参数

MPU6050.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MPU6050_Reg.h"
#include "MPU6050.h"

//硬件I2C是非阻塞的，软件I2C包含延时函数，是阻塞式的

#define MPU6050_Address 0xD0

void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
	uint32_t Timeout =10000;
	while(I2C_CheckEvent(I2C2,I2C_EVENT) == !SUCCESS)//监测EV5事件是否发生
	{
		Timeout --;
		if(Timeout ==0)
		{
			//错误处理，比如复位，打印日志等
			break;//超时退出机制
		}
	}
}

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{	
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//监测EV5事件是否发生
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Address,I2C_Direction_Transmitter);//从机地址
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//EV6
	I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);
	I2C_SendData(I2C2,Data);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}
uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Data;
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//监测EV5事件是否发生
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Address,I2C_Direction_Transmitter);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	I2C_SendData(I2C2,RegAddress);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//EV8
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//EV5
	I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050_Address,I2C_Direction_Receiver);//函数自动将最低位置1，不用写|0x01
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);//EV6
	//开始接收数据
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);//这4行，用for循环可以实现读取多个字节
	I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);//
	MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);//在接收最后一个字节前，要提前设置非应答ACK和STOP
	Data = I2C_ReceiveData(I2C2);//
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);	//恢复应答
	return Data;
}

void MPU6050_Init()
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	
	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);
	
	I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
	I2C_InitStructure.I2C_Mode =I2C_Mode_I2C;
	I2C_InitStructure.I2C_Ack=I2C_Ack_Enable;
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress=I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//STM32作为从机时参数
	I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed =50000;//50kHz
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle =I2C_DutyCycle_2;//>100kHz时才有用	
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =0x00;//STM32作为从机时参数
	I2C_Init(I2C2,&I2C_InitStructure);
	
	I2C_Cmd(I2C2,ENABLE);
	
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01);//解除睡眠模式及时钟选择
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00);//XYZ轴不睡眠
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09);//10分频
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06);//滤波参数
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18);//陀螺仪最大量程
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18);//加速度计最大量程
		
}

MPU6050.h文件

#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H

uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress);
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data);
void MPU6050_Init();
void MPU6050_GegData(int16_t *AccX,int16_t *AccY,int16_t *AccZ,
	              int16_t *GyroX,int16_t *GyroY,int16_t *GyroZ);
uint8_t	MPU6050_GetID();

main函数

#include "stm32f10x.h"                  
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MPU6050.h"

int16_t AX,AY ,AZ,GX,GY,GZ;
int8_t ID;
int main()
{
	OLED_Init();
	MPU6050_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"ID:");
	ID =MPU6050_GetID();
	OLED_ShowHexNum(1,4,ID,2);
	while(1)
	{
		MPU6050_GegData(&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);	
        delay_ms(100);		
	}
}

本文完！

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