stm32单片机个人学习笔记15（I2C通信协议）

发布于：2025-02-22 ⋅ 阅读:(17) ⋅ 点赞:(0)

前言

本篇文章属于stm32单片机（以下简称单片机）的学习笔记，来源于B站教学视频。下面是这位up主的视频链接。本文为个人学习笔记，只能做参考，细节方面建议观看视频，肯定受益匪浅。

STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕_哔哩哔哩_bilibili

一、I2C通信

 通信协议要在硬件和软件上都有规定

1. 硬件电路规定

SCL时钟线无论在什么时刻都是由主机控制，从机没有控制权利

SDA数据线只有在从机发送数据和从机应答的时候，从机才短暂地拥有控制权

注意SCL和SDA均要配置成开漏输出模式

采取强下拉和弱上拉的模式，根据杆子比喻来理解，弹簧吊着杆子，低电平往下拉杆子变为低电平，高电平放手，弹簧将其拉至高电平，这里电路中电阻R起的就是弹簧的作用，将引脚进行弱上拉

补充：

 推挽输出既可以输出高电平也可以输出低电平

开漏输出可以输出低电平和高阻态，想要输出高电平可以外接上拉电阻

上拉输入没有外部输入的时候默认输入为高电平

下拉输入没有外部输入的时候默认输入为低电平

浮空输入没有外部输入的时候，单片机读取到的值处于不确定状态，即浮动，一会儿1，一会儿0，

只有输入了一个高/低电平才会确定下来。因此容易受到外部干扰

2.软件规定

I2C时序基本单元

注意是高位先行 

发送应答和接收应答

3.I2C时序

上电时，寄存器指针默认指向0地址，当对寄存器内的数据进行读操作或写操作时，指针移动到这个位置并自增1（注意要将数据写入后或读出后才自增只说明要进行读操作或写操作是不自增的），指向下一个地址，由于该时序不能读指定地址内的数据，因此不常用，下面这个更常用 

该时序是一个复合时序，先进行指定地址写，再进行当前地址读，原理是执行指定地址写时，地址就会指向该地址，又因为还没有写入数据，因此指针还没有自增，还是指向这个地址，再采取当前地址读的操作时，就会读出这个地址内的数据

常用的是第一个指定地址写时序和第三个指定地址读时序

如果要在寄存器的连续地址写入数据，第一个时序执行完后，再重复时序后面发送数据的内容即可

如果要在寄存器的连续地址读出数据，第三个时序执行完后，主机应答为0，从机继续发送数据，不要从机继续发送数据时，主机应答为1即可，然后停止

二、MPU6050

1.简介

6轴是3轴加速度、3轴角速度

9轴是3轴加速度、3轴角速度、3轴磁场强度

10轴是3轴加速度、3轴角速度、3轴磁场强度、1轴气压强度

2.参数

3.硬件电路

4.框图

自测响应=自测使能时的数据-自测失能时的数据

自测响应在一定范围内说明芯片正常

三、软件I2C读写MPU6050

1.I2C

（1）封装SCL、SDA操作函数

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_10, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue)
{
	GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_11, (BitAction)BitValue);
	Delay_us(10);
}

uint8_t MyI2C_R_SDA(void)
{
	uint8_t BitValue;
	BitValue = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11);
	Delay_us(10);
	return BitValue;
}

（2）I2C时序单元

void MyI2C_Start(void)
{
	MyI2C_W_SDA(1);
	MyI2C_W_SCL(1);	
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

 开始时序

先拉高SDA是为了防止如果拉高前SDA是低电平，先拉高SCL，那么就会误读为停止时序

void MyI2C_Stop(void)
{
	MyI2C_W_SDA(0);
	MyI2C_W_SCL(1);	
	MyI2C_W_SDA(1);
}

 结束时序

void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0;i < 8;i++)
	{
		MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
		MyI2C_W_SCL(1);
		MyI2C_W_SCL(0);
	}
}

发送一个字节

uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
	uint8_t Byte = 0;
	uint8_t i;
	MyI2C_W_SDA(1);
	for (i = 0;i < 8;i++)
	{
		MyI2C_W_SCL(1);
		if (MyI2C_R_SDA() == 1){Byte |= (0x80 >> i);}
		MyI2C_W_SCL(0);
	}	
	return Byte;
}

接收一个字节

void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
	MyI2C_W_SDA(AckBit);
	MyI2C_W_SCL(1);
	MyI2C_W_SCL(0);
}

发送应答

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;
}

接收应答

2.MPU6050

（1）寄存器地址（MPU6050_Reg.h）

#ifndef __MPU6050_REG_H
#define __MPU6050_REG_H

#define	MPU6050_SMPLRT_DIV		0x19
#define	MPU6050_CONFIG			0x1A
#define	MPU6050_GYRO_CONFIG		0x1B
#define	MPU6050_ACCEL_CONFIG	0x1C

#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	MPU6050_ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	MPU6050_ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	MPU6050_ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	MPU6050_TEMP_OUT_H		0x41
#define	MPU6050_TEMP_OUT_L		0x42
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_H		0x43
#define	MPU6050_GYRO_XOUT_L		0x44
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_H		0x45
#define	MPU6050_GYRO_YOUT_L		0x46
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	MPU6050_GYRO_ZOUT_L		0x48

#define	MPU6050_PWR_MGMT_1		0x6B
#define	MPU6050_PWR_MGMT_2		0x6C
#define	MPU6050_WHO_AM_I		0x75

#endif

（2）MPU6050.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyI2C.h"
#include "MPU6050_Reg.h"

#define MPU6060_ADDRESS				0xD0

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6060_ADDRESS);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(Data);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_Stop();
}

uint8_t MPU6050_ReadReg(uint8_t RegAddress)
{
	uint8_t Byte;
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6060_ADDRESS);
	MyI2C_ReceiveAck();
	MyI2C_SendByte(RegAddress);
	MyI2C_ReceiveAck();
	
	MyI2C_Start();
	MyI2C_SendByte(MPU6060_ADDRESS | 0x01);
	MyI2C_ReceiveAck();
	Byte = MyI2C_ReceiveByte();
	MyI2C_SendAck(1);
	MyI2C_Stop();
	return Byte;
}

void MPU6050_Init(void)
{
	MyI2C_Init();
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
	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);
}

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;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L);
	*AccX = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L);
	*AccY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L);
	*AccZ = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L);
	*GyroX = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L);
	*GyroY = (DataH << 8) | DataL;
	
	DataH = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H);
	DataL = MPU6050_ReadReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L);
	*GyroZ = (DataH << 8) | DataL;
}

初始化先配置MPU6050的寄存器，获取数据就读取MPU6050的寄存器即可

四、硬件读写MPU6050

1.I2C通信外设

软件I2C较为灵活，硬件I2C性能较好 

I2C框图

I2C基本结构 

主机发送 

主机接收 

2.代码部分

配置I2C外设+调用I2C库函数发送数据即可

void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress,uint8_t Data)
{
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6060_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);
	
	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 Byte;

	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6060_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);
	
	I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);
	
	I2C_Send7bitAddress(I2C2, MPU6060_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, DISABLE);
	I2C_GenerateSTOP(I2C2, ENABLE);
	MPU6050_WaitEvent(I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);
	
	Byte = I2C_ReceiveData(I2C2);
	
	I2C_AcknowledgeConfig(I2C2, ENABLE);
	
	return Byte;
}

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;
	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_ClockSpeed = 50000;
	I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;	
	I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;
	I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
	I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;
	I2C_Init(I2C2, &I2C_InitStructure);
	
	I2C_Cmd(I2C2, ENABLE);
	
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1, 0x01);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2, 0x00);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV, 0x09);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG, 0x06);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG, 0x18);
	MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG, 0x18);
}

 其它未展示部分与软件I2C部分相同

其中用到一个超时退出机制，防止等待标志位而标志位迟迟不出现导致程序卡死

void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
{
	uint32_t TimeOut;
	TimeOut = 100000;
	while(I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT) != SUCCESS)
	{
		TimeOut --;
		if (TimeOut == 0)
		{
			break;
		}
	}
}

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