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STM32通过I2C硬件读写MPU6050
1. STM32的I2C外设简介
2. STM32的I2C基本框图
3. STIM32硬件I2C主机发送流程
10位地址与7位地址的区别
7位主机发送的时序流程
7位主机接收的时序流程
4. STM32硬件与软件的波形对比
5. STM32配置硬件I2C外设流程
6. STM32的I2C.h…目录
STM32通过I2C硬件读写MPU6050
1. STM32的I2C外设简介
2. STM32的I2C基本框图
3. STIM32硬件I2C主机发送流程
10位地址与7位地址的区别
7位主机发送的时序流程
7位主机接收的时序流程
4. STM32硬件与软件的波形对比
5. STM32配置硬件I2C外设流程
6. STM32的I2C.h标准库函数介绍
1.I2C配置和使用函数
2.I2C状态监控功能
7. STM32编写代码实现I2C硬件读写MPU6050
7.1编写时需要注意的点
7.2程序文件简要说明
MPU650.c
MPU650.h
main.c
8.[扩展]为什么STM32硬件I2C为什么在速度快时会调节占空比为什么有最大速度限制 I2C通信介绍部分可以看这一篇博客STM32软件I2C通信详解-CSDN博客 STM32软件读取MPU6050可以看这一篇博客STM32通过I2C硬件读写MPU6050-CSDN博客 STM32通过I2C硬件读写MPU6050
1. STM32的I2C外设简介 硬件I2C具有高速传输、低占用率和稳定性高的优点适用于对传输速度和稳定性要求较高的场景 而软件I2C具有灵活性高和可移植性强的特点适用于没有硬件I2C支持或需要扩展硬件I2C功能的场景 STM32内部集成了硬件12C收发电路可以由硬件自动执行时钟生成、起始终止条件生成、应答位收发、数据收发等功能减轻CPU的负担支持多主机模型支持7位/10位地址模式支持不同的通讯速度标准速度(高达100 kHz)快速(高达400 kHz)支持DMA兼容SMBus协议System Management Bus 系统管理总线 基于I2C改进而来的主要用于电源管理系统STM32F103C8T6 硬件I2C资源12C1、12C2
2. STM32的I2C基本框图 3. STIM32硬件I2C主机发送流程
10位地址与7位地址的区别
7位地址 起始条件后的第一个字节是寻址地址读写位10位地址 起始条件后的两个字节都是寻址111102位地址读写位8位地址
7位主机发送的时序流程 起始、从机地址读写位、应答、数据1、应答、数据2、应答、….数据N、应答、停止 起始 STM32默认为从模式所以需要下在START寄存器下写1就产生起始条件由硬件自动清除。之后STM32由从模式转为主模式 发生EV5事件 可以把他当做大标志位。因为有的状态会产生多个标志位。所以EVx事件就是组合了很多标志位的一个大标志位 EV5事件就是SB标志为1 。SB是状态寄存器的一个位。表示了硬件的状态(在状态寄存器SR1中可以找到这一位置1代表起始条件已发送。由硬件自动清除) 发送一个字节 需要写入DR寄存器。硬件电路会自动把DR寄存器的值转入移位寄存器。再把这一个字节发送到I2C总线上。 应答 电路会自动判断。如果没有应答则会置应答失败标志位。这个标志位可以申请中断。在寻址完成之后 会发生EV6事件也就是ADDR为1。手册中查看到的意思是 在主模式下代表地址发送结束 发生EV8_1事件 此时 TXE 1移位寄存器为空、数据寄存器为空 这时需要我们写入数据寄存器DR进行数据发送了。 发生EV8事件 DR在填写数据之后会立刻把数据转移到移位寄存器进行发送。 也就是填写了数据1 这时就是EV8事件移位寄存器非空、数据寄存器空。 此时再写入DR 把数据放到数据寄存器中。同时因写入DR导致EV8事件清除。 也就是说已经写入了下一个数据数据2在没有应答之前写入 接收应答位 当从机接收到应答位之后数据2就转入移位寄存器进行发送。 发送后又产生了EV8事件 移位寄存器非空、数据寄存器空。 此时再写入DR……等待应答….转入移位寄存器发送…产生EV8事件….写入…. 在没有应答之前写入 直到数据发完触发EV8_2 当移位寄存器空、数据寄存器也空时。就会触发EV8_2 EV8_2 是 EXT 1 数据寄存器为空 、 BTF 1字节发送结束标志位 也就是移位寄存器移位完成后找数据寄存器要下一个数据时发现数据寄存器没数据时的标志位 停止 控制寄存器CR1中 STOP、这一位写1的时候就会在当前字节或在起始条件产生停止条件
7位主机接收的时序流程 7位地址主机接收流程
起始、从机地址读、接收、接收数据、发送应答、接收数据、发送应答…接收数据、非应答、停止
10位地址主机接收流程
起始、发送帧头11110 两位地址 0写、发送第二个字节的8位地址、重复起始条件、发送枕头11110 两位地址 1写、直接接收数据、发送应答、接收…发送…接收、非应答、停止没有发送第二次的字节
7位详解
写入控制位的Start位、产生起始条件等待EV5事件 表示已发送发送地址地址读接收应答ACK写1 在接受一个字节后就返回一个应答产生EV6事件 代表寻址已完成产生EV6_1时间 没有对应的标志事件。接收数据1 代表数据正在通过移位寄存器输入发送应答 硬件自动执行需要配置是否应答。CR1寄存器中ACK写1 应答 否则不应答产生EV7事件 因为此时就代表已经接收到数据了。 数据会通过移位寄存器转移到数据寄存器。 产生RxNE标志位表示数据寄存器非空 读DR寄存器来清除这个Ev7事件接收数据2 在我们正在读DR寄存器是 数据2就已经移位到移位寄存器中。等待移位到DR数据寄存器中。发送应答这事数据又被传入DR数据寄存器。EV7事件又来了。需要我们读取、如此循环……直到停止 也就是需要设置ACK 0 不应答 和STOP请求。
其实同上这里是在发送一个字节之后在对面没有应答前就填充好了下一次要发送的数据。产生的标志位也是一样的。
4. STM32硬件与软件的波形对比 5. STM32配置硬件I2C外设流程
开启外设和对应GPIO口的时钟把I2C外设对应的GPIO口配置为复用开漏模式使用结构体对I2C进行配置使能I2C
6. STM32的I2C.h标准库函数介绍
1.I2C配置和使用函数 void I2C_DeInit(I2C_TypeDef* I2Cx); 恢复缺省配置 void I2C_Init(I2C_TypeDef* I2Cx, I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct); 初始化I2C void I2C_StructInit(I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct); 初始化结构体 void I2C_Cmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 使能I2C void I2C_DMACmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); I2C MDA使能 void I2C_DMALastTransferCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 用于控制 I2C 传输中的最后一次传输的相关操作。 void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 调用生成起始条件 void I2C_GenerateSTOP(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 调用生成终止条件 void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 配置 I2C 的应答机制。1为应答 void I2C_OwnAddress2Config(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address); 设置 I2C 设备自身的地址。void I2C_DualAddressCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 启用或禁用双地址模式以适应特定的通信需求。void I2C_GeneralCallCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 控制是否响应通用呼叫。void I2C_ITConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_IT, FunctionalState NewState); 配置 I2C 的中断功能根据不同的中断类型进行使能或禁用。 void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data); 发送一个字节的数据。 uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx); 接收一个字节的数据。 void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction); 发送 7 位地址并指定通信方向读或写。 uint16_t I2C_ReadRegister(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t I2C_Register); 读取 I2C 设备的特定寄存器的值。void I2C_SoftwareResetCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 通过软件方式对 I2C 进行复位操作。void I2C_NACKPositionConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_NACKPosition); 配置非应答信号NACK的位置。void I2C_SMBusAlertConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_SMBusAlert); 针对 SMBus 警报进行相关配置。void I2C_TransmitPEC(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 控制是否传输 PECPacket Error Checking数据包错误检查信息。void I2C_PECPositionConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_PECPosition); 配置 PEC 的位置。void I2C_CalculatePEC(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 决定是否计算 PEC 值。uint8_t I2C_GetPEC(I2C_TypeDef* I2Cx); 获取计算得到的 PEC 值。void I2C_ARPCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 控制自动重传功能的启用或禁用。void I2C_StretchClockCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState); 配置时钟拉伸功能。void I2C_FastModeDutyCycleConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_DutyCycle); 设置快速模式下的占空比以优化通信性能。FlagStatus I2C_GetFlagStatus(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_FLAG); 读取标志位void I2C_ClearFlag(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_FLAG); 清除标志位ITStatus I2C_GetITStatus(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_IT); 读取中断标志位void I2C_ClearITPendingBit(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_IT); 清除中断标志位
2.I2C状态监控功能
I2C的标志位往往是由多个标志位组合起来的一个大标志位。
一个个去判断往往比较麻烦。
所以I2C的库在.h头文件的最后
为我们提供了两种检测方案
基础状态监测 使用 I2C_CheckEvent()函数 可以同时检测多个标志位来进行比较。 一般使用这个。 高级状态监测 使用I2C_GetLastEvent()函数 (实际上是把SR1和SR2两个状态寄存器拼接成一个16位的数据扔给你随便你处理。所以一般不用) 基于标志位的状态监控 使用I2C_GetFlagStatus()函数 可以判断某一个标志位是否置一 7. STM32编写代码实现I2C硬件读写MPU6050
7.1编写时需要注意的点 发送字节时 对于发送一个字节发送地址和读写的一个字节之后在移位寄存器还未发送完成时就要填充下一次要发送的字节到DR数据寄存器中。否则将发生EV8_2标志移位寄存器空数据寄存器空。导致读写停止。 正常应为EV8事件发生字节正在发送移位寄存器非空数据寄存器空对于发送多个字节只需要重复发送、等待EV8事件即可。不发送时给予不应答、停止即可。 接收字节时 对于接收一个字节在指定完地址重复起始之后接收第第一个字节中时就要提前配置Ack非应答和停止条件。之后等数据全部移位到数据寄存器中才能保证只接收了一个字节。读取DR寄存器即可。对于接收多个字节可以重复应答、然后等待EV7事件到来读取寄存器。直到不想接收时在数据进行移位时还未到达DR寄存器时提前设置非应答与停止操作。
7.2程序文件简要说明
MPU6050.c初始化MPU6050的寄存器。使用STM32 自带的I2C外设编写对指定地址发送指定值、读取指定地址的函数。以及等待标志位且超时退出的函数MPU6050.h函数声明、数据结构体声明main.c测试I2C通信结果。
MPU650.c
#include stm32f10x.h // Device header
#include MPU6050.h
#include MPU6050_Reg.h#define MPU6050ADDRESS 0xD0/*** 函 数超时退出、检测标志位* 参 数I2C_TypeDef* I2Cx, 定时器xuint32_t I2C_EVENT 标志位名称* 返 回 值无* 注意事项无*/
void MPU6050_WaitEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)//超时退出、检测标志位
{uint32_t Timeout;Timeout 10000;while (I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT) ! SUCCESS){Timeout --;if (Timeout 0){break; }}
}/*** 函 数指定地址写一个字节* 参 数RegAddress 指定的寄存器地址Data 指定写入的数据* 返 回 值无*/
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data)
{I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);//非阻塞。所以要等待事件发送完成。MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//等待EV5事件发生I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);//发送地址和读写操作也能用发送一个字节来完成(自动应答)MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//等待发送EV6事件发生I2C_SendData(I2C2,RegAddress);MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING);//等待发送EV8事件发生(字节正在发送)I2C_SendData(I2C2,Data);//直接写入下一个要发的数据MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED );//等待EV8_2事件发生(发送完成并且数据寄存器无)I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);
}/*** 函 数指定地址读一个字节* 参 数RegAddress 指定要读的寄存器地址* 返 回 值无*/
uint8_t MPU6050_ReadeReg(uint8_t RegAddress)
{uint8_t Data 0x00;I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);//起始位MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//等待EV5事件发生I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);//发送地址和读写操作也能用发送一个字节来完成(自动应答)MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED);//等待发送EV6事件发生I2C_SendData(I2C2,RegAddress);MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED);//等待发送EVEV8_2事件发生(字节发送完毕)I2C_GenerateSTART(I2C2,ENABLE);//重复起始MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT);//等待EV5事件发生I2C_Send7bitAddress(I2C2,MPU6050ADDRESS,I2C_Direction_Receiver);//发送地址和读写操作也能用发送一个字节来完成(自动应答)MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED);//等待发送EV6事件发生I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,DISABLE);//在字节来之前设置非应答。I2C_GenerateSTOP(I2C2,ENABLE);//直接停止。但是会接收字节完毕之后才停MPU6050_WaitEvent(I2C2,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED);//等待EV7事件到达。代表一个数据的字节已经在DR里了Data I2C_ReceiveData(I2C2);I2C_AcknowledgeConfig(I2C2,ENABLE);//恢复默认状态给从机应答return Data;//返回读取到的值
}/*** 函 数初始化MPU6050* 参 数无* 返 回 值无*/
void MPU6050_Init(void)
{/*初始化I2C*/
// MyI2C_Init();RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C2,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//开启GPIO和I2C外设时钟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); //初始化PB10、11为复用开漏/*初始化I2C外设*/I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;I2C_InitStructure.I2C_Ack I2C_Ack_Enable;//确定是否应答I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress I2C_AcknowledgedAddress_7bit;//指定STM32作为从机。可以响应几位的地址I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed 50000;//最大400KHZ快速、标准为100KHZ(MPU6050最快也是400KHZ)I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle I2C_DutyCycle_2;//配置占空比。进入快速模式后才有用100KHZ后 默认为1:1I2C_InitStructure.I2C_Mode I2C_Mode_I2C;//I2C模式I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 0x00;//指定STM32作为从机。STM本身的地址I2C_Init(I2C2,I2C_InitStructure);/*使能I2C外设*/I2C_Cmd(I2C2,ENABLE);/*初始化MPU6050*/MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_1,0x01); //电源管理1不复位、解除睡眠、不循环、温度传感器不失能、选择X轴陀螺仪时钟MPU6050_WriteReg(MPU6050_PWR_MGMT_2,0x00); //电源管理2不需要循环模式唤醒频率、每个轴都不需要待机MPU6050_WriteReg(MPU6050_SMPLRT_DIV,0x09); //采样率分频数据输出的快慢越小输出越快.这里给10分频MPU6050_WriteReg(MPU6050_CONFIG,0x06); //配置寄存器外部同步不需要、数字低通滤波器设置为110MPU6050_WriteReg(MPU6050_GYRO_CONFIG,0x18); //陀螺仪配置寄存器不自测、满量程选择11最大量程MPU6050_WriteReg(MPU6050_ACCEL_CONFIG,0x18); //加速度计配置寄存器不自测、满量程选择11最大量程、不用高通滤波器
}/*** 函 数得到六轴传感器中的数据* 参 数Str MPU6050_Data的地址* 返 回 值无*/
SensorData MPU6050_Data;
void MPU6050_GetData(SensorData *Str)//存放这种结构体类型的地址
{Str-AccX ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_H) 8|MPU6050_ReadeReg(MPU6050_ACCEL_XOUT_L));Str-AccY ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_H) 8|MPU6050_ReadeReg(MPU6050_ACCEL_YOUT_L));Str-AccZ ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_H) 8|MPU6050_ReadeReg(MPU6050_ACCEL_ZOUT_L));Str-Temp ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_TEMP_OUT_H) 8|MPU6050_ReadeReg(MPU6050_TEMP_OUT_L));Str-GyroX ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_GYRO_XOUT_H) 8 |MPU6050_ReadeReg(MPU6050_GYRO_XOUT_L));Str-GyroY ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_GYRO_YOUT_H) 8 |MPU6050_ReadeReg(MPU6050_GYRO_YOUT_L));Str-GyroZ ( MPU6050_ReadeReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_H) 8 |MPU6050_ReadeReg(MPU6050_GYRO_ZOUT_L));
}
//MPU6050_ACCEL_XOUT_H 0x3B
//MPU6050_ACCEL_XOUT_L 0x3C
//MPU6050_ACCEL_YOUT_H 0x3D
//MPU6050_ACCEL_YOUT_L 0x3E
//MPU6050_ACCEL_ZOUT_H 0x3F
//MPU6050_ACCEL_ZOUT_L 0x40
//MPU6050_TEMP_OUT_H 0x41
//MPU6050_TEMP_OUT_L 0x42
//MPU6050_GYRO_XOUT_H 0x43
//MPU6050_GYRO_XOUT_L 0x44
//MPU6050_GYRO_YOUT_H 0x45
//MPU6050_GYRO_YOUT_L 0x46
//MPU6050_GYRO_ZOUT_H 0x47
//MPU6050_GYRO_ZOUT_L 0x48
MPU650.h
#ifndef __MPU6050_H
#define __MPU6050_H/*** 函 数初始化MPU6050* 参 数无* 返 回 值无*/
void MPU6050_Init(void);/*** 函 数指定地址写一个字节* 参 数RegAddress 指定的寄存器地址Data 指定写入的数据* 返 回 值无*/
void MPU6050_WriteReg(uint8_t RegAddress, uint8_t Data);
/*** 函 数指定地址读一个字节* 参 数RegAddress 指定要读的寄存器地址* 返 回 值无*/
uint8_t MPU6050_ReadeReg(uint8_t RegAddress);//传感器数据
typedef struct Data
{int16_t AccX;int16_t AccY;int16_t AccZ;int16_t Temp;int16_t GyroX;int16_t GyroY;int16_t GyroZ;
}SensorData;extern SensorData MPU6050_Data;/*** 函 数得到六轴传感器中的数据* 参 数Str MPU6050_Data的地址* 返 回 值无*/
void MPU6050_GetData(SensorData *Str);#endif
main.c
#include stm32f10x.h // Device header
#include oled.h
#include Delay.h
#include key.h
#include MPU6050.h
/*硬件读写I2C
*/int main()
{OLED_Init();//初始化OLED;MPU6050_Init();//初始化MPU6050while(1) {MPU6050_GetData(MPU6050_Data);//显示加速度OLED_ShowSignedNum(1,1,(int16_t)MPU6050_Data.AccX,5);OLED_ShowSignedNum(2,1,(int16_t)MPU6050_Data.AccY,5);OLED_ShowSignedNum(3,1,(int16_t)MPU6050_Data.AccZ,5);//显示陀螺仪OLED_ShowSignedNum(1,8,MPU6050_Data.GyroX,5);OLED_ShowSignedNum(2,8,MPU6050_Data.GyroY,5);OLED_ShowSignedNum(3,8,MPU6050_Data.GyroZ,5);//显示温度OLED_ShowSignedNum(4,4,MPU6050_Data.Temp,5);}}
8.[扩展]为什么STM32硬件I2C为什么在速度快时会调节占空比为什么有最大速度限制
由之前的知识我们可以了解到。
对于I2C而言在硬件电路上采用了开漏输出上拉电阻的形式
这就导致了下拉时为强下拉上拉时为弱上拉。
这就导致了信号在由高电平往低电平时是十分迅速的而从低电平回到高电平时是需要一定时间的。
在波形上的体现就是通信速率越快上升沿呈现出圆弧形越强。而下降沿几乎没有太大影响。
所以在速度最快时需要使得低电平的时间更长一些。
在图片中的反馈就是这样子的
