第十章I2C接口的一般应用.docx
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第十章I2C接口的一般应用
第十章I2C接口的一般应用
10.1I2C简介
I2C（芯片间）总线接口连接微控制器和串行I2C总线。
它提供多主机功能，控制所有I2C总线特定的
时序、协议、仲裁和定时。
支持标准和快速两种模式，同时与SMBus2.0兼容。
I2C模块有多种用途，包括CRC码的生成和校验、SMBus（系统管理总线—SystemManagementBus）和PMBus（电源管理总线—PowerManagementBus）。
根据特定设备的需要，可以使用DMA以减轻CPU的负担。
I2C主要特点
1》并行总线/I2C总线协议转换器。
2》多主机功能：
该模块既可做主设备也可做从设备。
3》I2C主设备功能：
产生时钟；产生起始和停止信号。
4》I2C从设备功能：
可编程的I2C地址检测；可响应2个从地址的双地址能力；停止位检测。
5》产生和检测7位/10位地址和广播呼叫。
6》支持不同的通讯速度：
标准速度（高达100kHz）；快速（高达400kHz）。
7》状态标志：
发送器/接收器模式标志；字节发送结束标志；I2C总线忙标志。
8》错误标志：
主模式时的仲裁丢失；地址/数据传输后的应答（ACK）错误；检测到错位的起始或停止条件；禁止拉长时钟功能时的上溢或下溢。
9》2个中断向量：
1个中断用于地址/数据通讯成功；1个中断用于错误。
10》可选的拉长时钟功能。
11》具单字节缓冲器的DMA。
12》可配置的PEC（信息包错误检测）的产生或校验：
用于最后一个接收字节的PEC错误校验。
13》兼容SMBus2.0:
25ms时钟低超时延时；10ms主设备累积时钟低扩展时间；25ms从设备累
积时钟低扩展时间；带ACK控制的硬件PEC产生/校验；支持地址分辨协议（ARP）。
14》兼容SMBus。
10.2I2C功能描述
I2C模块接收和发送数据，并将数据从串行转换成并行，或并行转换成串行。
可以开启或禁止中断。
接口通过数据引脚（SDA）和时钟引脚（SCL）连接到I2C总线。
允许连接到标准（高达100kHz）或快速（高达400kHz）的I2C总线。
10.2.1模式选择
I2C接口有四种模式选择，接口可以下述4种模式中的一种运行：
1》从发送器模式
2》从接收器模式
3》主发送器模式
4》主接收器模式该模块默认地工作于从模式。
接口在生成起始条件后自动地从从模式切换到主模式；当仲裁丢失或产生停止信号时，则从主模式切换到从模式。
允许多主机功能。
10.2.2通信流
主模式时，I2C接口启动数据传输并产生时钟信号。
串行数据传输总是以起始条件开始并以停止条件结束。
起始条件和停止条件都是在主模式下由软件控制产生。
从模式时，I2C接口能识别它自己的地址（7位或10位）和广播呼叫地址。
软件能够控制开启或禁止广播呼叫地址的识别。
数据和地址按8位/字节进行传输，高位在前。
跟在起始条件后的1或2个字节是地址（7位模式为1
个字节，10位模式为2个字节）。
地址只在主模式发送。
在一个字节传输的8个时钟后的第9个时钟期间，接收器必须回送一个应答位（ACK）给发送器。
参考图10-1-1I2C总线协议图。
DATA[LH
CLOCKCONTROLREAIS'!
ER（CGR）
图10-1-2I2C功能框图
注：
在SMBus模式下，SMBALERT是可选信号。
如果禁止了SMBus，则不能使用该信号。
10.2.3I2C从模式
默认情况下，I2C接口总是工作在从模式。
从默认的从模式切换到主模式，需要产生一个起始条件。
为了产生正确的时序，必须在I2C_CR2寄存器中设定该模块的输入时钟。
输入时钟的频率必须至少是:
1》标准模式下为：
2MHz
2》快速模式下为：
4MHz
一旦检测到起始条件，在SDA线上接收到的地址被送到移位寄存器。
然后与芯片自己的地址0AR1
和0AR2（当ENDUAL=1）或者广播呼叫地址（如果ENGC=1）相比较。
注：
在10位地址模式时，比较包括头段序列（11110xx0），其中的xx是地址的两个最高有效位。
头段或地址不匹配：
I2C接口将其忽略并等待另一个起始条件。
头段匹配（仅10位模式）：
如果ACK位被置'1,'I2C接口产生一个应答脉冲并等待8位从地址。
地址匹配：
I2C接口产生以下时序：
1》如果ACK被置''则产生一个应答脉冲
2》硬件设置ADDR位；如果设置了ITEVFEN位，则产生一个中断
3》如果ENDUAL=1，软件必须读DUALF位，以确认响应了哪个从地址。
在10位模式，接收到地址序列后，从设备总是处于接收器模式。
在收到与地址匹配的头序列并且最
低位为’1即（11110xx1）后，当接收到重复的起始条件时，将进入发送器模式。
在从模式下TRA位指示
当前是处于接收器模式还是发送器模式。
从发送器
在接收到地址和清除ADDR位后，从发送器将字节从DR寄存器经由内部移位寄存器发送到SDA线上。
从设备保持SCL为低电平，直到ADDR位被清除并且待发送数据已写入DR寄存器。
（见图10-1-3从发送器传输序列图）。
当收到应答脉冲时：
TxE位被硬件置位，如果设置了ITEVFEN和ITBUFEN位，则产生一个中断。
如果TxE位被置位，
但在上一次数据发送结束之前没有新数据写入到DR寄存器，则BTF位被置位，I2C接口将保持SCL为
低电平，以等待写入DR寄存器。
S|Header
"a-
Address
"a-
E71
Sr
Header
A
Oatal
A
NA
P
EV1
E73_1
EV3
EV3
■
EVS-2
说明］S=Start（起始条件吐二重复的起始条件，F=Stop（停止昜件），盘二响应，114非响应，凹沪事件（ITEVFEN^I时产生中断）
EVI：
ADDR^l,读孤1然后读笺2将清除该事件。
EV3-1:
TiE=l,移位寄存器空势
EV3:
TxE=L写DR将清除该事件；移位寄存器非空。
EV3-2：
AF=b在SR1寄存器的肝谊写'了可清除AF谊。
图10-1-3从发送器的传送序列图
从接收器
在接收到地址并清除ADDR后，从接收器将通过内部移位寄存器从SDA线接收到的字节存进DR
寄存器。
I2C接口在接收到每个字节后都执行下列操作：
1》如果设置了ACK位，则产生一个应答脉冲
2》硬件设置RxNE=1。
如果设置了ITEVFEN和ITBUFEN位，则产生一个中断。
如果RxNE被置位，并且在接收新的数据结束之前DR寄存器未被读出，BTF位被置位，I2C接口
保持SCL为低电平，等待读DR寄存器（见图10-1-4从接收器传输序列图）。
T位从接收
S
Address
A
Datal
A
A
DataN
A
P
Evi
EV2
EV2
EV2
EV4
说明：
S=Start（起始条件），呂“重复的起始条件，P=Stop（停止条件），A响应，N4非响应.EV沪事件（ITEVFEN=1时产生中断）
EVhADDR=b读SR1然后读SR2将清除该事件。
EV2:
RxNE^b读DR将清除该事件。
EV4:
STOFF=1»读敢1然后写CR1寄存器将清除该事件
图10-1-4从接收器的传送序列图
关闭从通信
在传输完最后一个数据字节后，主设备产生一个停止条件，I2C接口检测到这一条件时：
设置ST0PF=1,如果设置了ITEVFEN位，则产生一个中断。
然后I2C接口等待读SR1寄存器，再写CR1寄存器。
（见图10-1-4的EV4）。
10.2.4I2C主模式
在主模式时，I2C接口启动数据传输并产生时钟信号。
串行数据传输总是以起始条件开始并以停止条件结束。
当通过START位在总线上产生了起始条件，设备就进入了主模式。
以下是主模式所要求的操作顺序：
1》在I2C_CR2寄存器中设定该模块的输入时钟以产生正确的时序
2》配置时钟控制寄存器
3》配置上升时间寄存器
4》编程I2C_CR1寄存器启动外设
5》置I2C_CR1寄存器中的START位为1,产生起始条件。
I2C模块的输入时钟频率必须至少是：
1》标准模式下为：
2MHz
2》快速模式下为：
4MHz
1.起始条件：
当BUSY=0时，设置START=1，I2C接口将产生一个开始条件并切换至主模式（M/SL位置位）。
注：
在主模式下，设置START位将在当前字节传输完后由硬件产生一个重开始条件。
一旦发出开始条件：
SB位被硬件置位，如果设置了ITEVFEN位，则会产生一个中断。
然后主设备等
待读SR1寄存器，紧跟着将从地址写入DR寄存器。
2.从地址的发送：
从地址通过内部移位寄存器被送到SDA线上。
在10位地址模式时，发送一个头段序列产生以下事件：
1》ADD10位被硬件置位，如果设置了ITEVFEN位，则产生一个中断。
然后主设备等待读SR1寄
存器，再将第二个地址字节写入DR寄存器。
2》ADDR位被硬件置位，如果设置了ITEVFEN位，则产生一个中断。
随后主设备等待一次读SR1
寄存器，跟着读SR2寄存器。
在7位地址模式时，只需送出一个地址字节。
一旦该地址字节被送出，ADDR位被硬件置位，如
果设置了ITEVFEN位，则产生一个中断。
随后主设备等待一次读SR1寄存器，跟着读SR2寄存器。
根据送出从地址的最低位，主设备决定进入发送器模式还是进入接收器模式。
在7位地址模式时，要进入发送器模式，主设备发送从地址时置最低位为’0/要进入接收器模式，
主设备发送从地址时置最低位为’1。
’
在10位地址模式时要进入发送器模式，主设备先送头字节（11110xx0），然后送最低位为’（的从地址。
（这里xx代表10位地址中的最高2位。
）要进入接收器模式，主设备先送头字节（11110xx0），然后送最低位为’的从地址。
然后再重新发送一个开始条件，后面跟着头字节（11110xx1）（这里xx代表10位
地址中的最高2位。
）TRA位指示主设备是在接收器模式还是发送器模式。
3.主发送器
在发送了地址和清除了ADDR位后，主设备通过内部移位寄存器将字节从DR寄存器发送到SDA线
上。
主设备等待，直到TxE被清除。
当收到应答脉冲时：
TxE位被硬件置位，如果设置了INEVFEN和ITBUFEN位，则产生一个中断。
如果TxE被置位并且在上一次数据发送结束之前没有写新的数据字节到DR寄存器，则BTF被置位，I2C
接口等待BTF被清除。
在DR寄存器中写入最后一个字节后，通过设置STOP位产生一个停止条件（见图10-1-5住发送器
传送序列图的EV8_2），然后I2C接口将自动回到从模式（M/S位清除）。
注：
当TxE或BTF位置位时，停止条件应安排在出现EV8_2事件时。
丫拉主贤送摸式
S
Address
A
Ma1
A
Data2
A
DataN
A
P
EV5
EVB
EV8I
EV8
EV8
EV8
EVfl_2
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