基于MM32生態(tài)實(shí)現(xiàn)I2C接口通訊的幾種方式
概述：I2C通訊接口，是我們?nèi)粘?yīng)用中使用最多的MCU外設(shè)。最早在MCU沒有硬件I2C之前，都是通過GPIO口模擬I2C的時(shí)序來完成I2C通訊的。后來MCU帶有了I2C外設(shè)接口，其硬件I2C的使用也變成了日常。更主要的是，在節(jié)省MCU資源的同時(shí)，其操作也變得更加簡(jiǎn)單和易用。再后來經(jīng)過市場(chǎng)需求的變化，開始有了支持I2C多從機(jī)地址通訊功能的MCU，讓I2C的應(yīng)用緊跟市場(chǎng)需求。
審核編輯 ：李倩 雖然從I2C特性上知曉具有不同I2C地址的器件是可以掛載在同一個(gè)I2C總線上進(jìn)行通訊的，但是，如果需要操作的I2C器件地址沖突呢？MCU的硬件I2C接口數(shù)量不夠呢？或者說MCU的I2C不支持從機(jī)多地址通訊功能呢？這時(shí)候，我們還是需要通過GPIO口來模擬I2C時(shí)序完成I2C主機(jī)/從機(jī)的功能。所以，并不是有了硬件I2C，軟件I2C就沒有發(fā)揮的空間了，恰恰是軟件和硬件這兩種實(shí)現(xiàn)方式共存互相補(bǔ)充。
- 硬件I2C主機(jī)通訊
- 軟件模擬I2C主機(jī)通訊
- 硬件I2C從機(jī)通訊
- 軟件模擬I2C從機(jī)通訊（有難度）
- I2C總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器/并行總線；
- 半雙工同步操作；
- 支持主從模式；
- 支持7位地址和10位地址；
- 支持標(biāo)準(zhǔn)模式100kbps、快速模式400kbps；
- 產(chǎn)生Start、Stop、Repeated Start，以及Acknowledge信號(hào)檢測(cè)；
- 在主機(jī)模式下只支持一個(gè)主機(jī)；
- 分別有2個(gè)字節(jié)的發(fā)送和接收緩沖；
- 在SCL和SDA上增加了無毛刺電路；
- 支持DAM、中斷和查詢操作方式；
- MM32F0140系列MCU在MM32F032的基礎(chǔ)上I2C做了更豐富的功能，支持多從機(jī)地址通訊的功能、支持時(shí)鐘延展等等……具體的可以參考官方的數(shù)據(jù)手冊(cè)。
一、硬件I2C主機(jī)通訊
MM32的硬件I2C是我使用到現(xiàn)在，在代碼程序段操作最為簡(jiǎn)潔的了；不需要再去考慮START信號(hào)、ACK信號(hào)，以及各種EVENT事件等……這些復(fù)雜的操作、或者是可以省略的操作都由官方的底層庫程序和芯片IP去實(shí)現(xiàn)了，讓我們?cè)谠O(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)變量簡(jiǎn)單了。對(duì)于硬件I2C主機(jī)的配置，我們只需要復(fù)用的GPIO端口引腳、I2C通訊參數(shù)，以及從機(jī)地址即可；然后就可以編程去讀寫I2C從機(jī)設(shè)備了，初始化配置及對(duì)I2C從機(jī)設(shè)備的讀寫操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：實(shí)測(cè)結(jié)果如下所示：void hI2C_MASTER_Init(uint8_t SlaveAddress){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_I2C1, ENABLE);I2C_StructInit(&I2C_InitStructure);I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_MASTER;I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress = 0;I2C_InitStructure.I2C_Speed = I2C_Speed_STANDARD;I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);I2C_Send7bitAddress(I2C1, SlaveAddress, I2C_Direction_Transmitter);I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOB, ENABLE);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_1);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_1);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);}void hI2C_MASTER_Read(uint8_t Address, uint8_t *Buffer, uint8_t Length){uint8_t flag = 0, count = 0;I2C_SendData(I2C1, Address);while(!I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_STATUS_FLAG_TFE));for(uint8_t i = 0; i < Length; i++){while(1){if((I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_STATUS_FLAG_TFNF)) && (flag == 0)){I2C_ReadCmd(I2C1); count++;if(count == Length) flag = 1;}if(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_STATUS_FLAG_RFNE)){Buffer[i] = I2C_ReceiveData(I2C1); break;}}}I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);while(!I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_STOP_DET));}void hI2C_MASTER_Write(uint8_t Address, uint8_t *Buffer, uint8_t Length){I2C_SendData(I2C1, Address);while(!I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_STATUS_FLAG_TFE));for(uint8_t i = 0; i < Length; i++){I2C_SendData(I2C1, *Buffer++);while(!I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_STATUS_FLAG_TFE));}I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);while(!I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_STOP_DET));}void hI2C_MASTER_SHELL_Handler(uint8_t Mode){uint8_t Buffer[10] = {0x12, 0x23, 0x34, 0x45, 0x56, 0x67, 0x78, 0x89, 0x90, 0xAA};if(Mode == 1){hI2C_MASTER_Write(0x00, Buffer, sizeof(Buffer));}else{hI2C_MASTER_Read(0x00, Buffer, sizeof(Buffer));printf(" hI2C Master Read : ");for(uint8_t i = 0; i < sizeof(Buffer); i++){printf("0x%02x ", Buffer[i]);}printf(" ");}}SHELL_EXPORT_CMD(HI2C_MASTER, hI2C_MASTER_SHELL_Handler, Hardware I2C Master Read And Write);
二、軟件模擬I2C主機(jī)通訊
對(duì)于軟件模擬I2C主機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)方式，主要是通過操作GPIO端口引腳的高低電平，在滿足I2C通訊時(shí)序的要求上完成對(duì)I2C從機(jī)設(shè)備的讀寫操作；在實(shí)現(xiàn)軟件模擬I2C主機(jī)時(shí)，需要正確的產(chǎn)生Start起始條件、Stop停止條件，以及Restart重啟條件；需要在適當(dāng)?shù)奈恢脤?duì)GPIO端口引腳的輸入輸出狀態(tài)進(jìn)行配置，以便能夠正確的判斷出ACK和NACK的應(yīng)答信號(hào)；需要正確操作發(fā)送的字節(jié)格式，使地址內(nèi)容、數(shù)據(jù)內(nèi)容能夠被正確識(shí)別……
如下的軟件模擬I2C主機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式通過定義了一個(gè)操作結(jié)構(gòu)體，通過傳遞操作實(shí)例的方式，讓軟件模擬I2C主機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)了面向?qū)ο蟮木幊蹋枳⊥欢螌?shí)現(xiàn)代碼，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)軟件模擬I2C主機(jī)通訊接口，在代碼實(shí)現(xiàn)上大大的節(jié)省了空間，同時(shí)也讓代碼的可移植性變得更加通用，具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下所示：
實(shí)測(cè)結(jié)果如下所示：typedef struct{uint32_t SCL_RCC;GPIO_TypeDef *SCL_GPIO;uint16_t SCL_PIN;uint32_t SDA_RCC;GPIO_TypeDef *SDA_GPIO;uint16_t SDA_PIN;uint32_t TIME;uint8_t SlaveAddress;} sI2C_MASTER_TypeDef;sI2C_MASTER_TypeDef sI2C_MASTER ={RCC_AHBENR_GPIOB, GPIOB, GPIO_Pin_6,RCC_AHBENR_GPIOB, GPIOB, GPIO_Pin_7,100,0xA0};#define sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C) GPIO_WriteBit(sI2C->SCL_GPIO, sI2C->SCL_PIN, Bit_SET)#define sI2C_MASTER_SCL_L(sI2C) GPIO_WriteBit(sI2C->SCL_GPIO, sI2C->SCL_PIN, Bit_RESET)#define sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C) GPIO_WriteBit(sI2C->SDA_GPIO, sI2C->SDA_PIN, Bit_SET)#define sI2C_MASTER_SDA_L(sI2C) GPIO_WriteBit(sI2C->SDA_GPIO, sI2C->SDA_PIN, Bit_RESET)#define sI2C_MASTER_SCL_GET(sI2C) GPIO_ReadOutputDataBit(sI2C->SCL_GPIO, sI2C->SCL_PIN)#define sI2C_MASTER_SDA_GET(sI2C) GPIO_ReadInputDataBit( sI2C->SDA_GPIO, sI2C->SDA_PIN)void sI2C_MASTER_Delay(uint32_t Tick){while(Tick--);}void sI2C_MASTER_SDA_SetDirection(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C, uint8_t Direction){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_AHBPeriphClockCmd(sI2C->SDA_RCC, ENABLE);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = sI2C->SDA_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;if(Direction) /* Input */{GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;}else /* Output */{GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;}GPIO_Init(sI2C->SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);}void sI2C_MASTER_SCL_SetDirection(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C, uint8_t Direction){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_AHBPeriphClockCmd(sI2C->SCL_RCC, ENABLE);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = sI2C->SCL_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;if(Direction) /* Input */{GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;}else /* Output */{GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;}GPIO_Init(sI2C->SCL_GPIO, &GPIO_InitStructure);}void sI2C_MASTER_GenerateStart(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C){sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SDA_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SCL_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);}void sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C){sI2C_MASTER_SDA_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);}void sI2C_MASTER_PutACK(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C, uint8_t ack){if(ack) sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C); /* NACK */else sI2C_MASTER_SDA_L(sI2C); /* ACK */sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SCL_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);}uint8_t sI2C_MASTER_GetACK(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C){uint8_t ack = 0;sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SDA_SetDirection(sI2C, 1);sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);ack = sI2C_MASTER_SDA_GET(sI2C);sI2C_MASTER_SCL_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SDA_SetDirection(sI2C, 0);return ack;}uint8_t sI2C_MASTER_ReadByte(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C){uint8_t Data = 0;sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C); /* Must set SDA before read */sI2C_MASTER_SDA_SetDirection(sI2C, 1);for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);Data <<= 1;if(sI2C_MASTER_SDA_GET(sI2C)) Data |= 0x01;sI2C_MASTER_SCL_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);}sI2C_MASTER_SDA_SetDirection(sI2C, 0);return Data;}void sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C, uint8_t Data){for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){if(Data & 0x80) sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C);else sI2C_MASTER_SDA_L(sI2C);Data <<= 1;sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SCL_L(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);}}void sI2C_MASTER_Init(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C){sI2C_MASTER_SDA_SetDirection(sI2C, 0);sI2C_MASTER_SCL_SetDirection(sI2C, 0);sI2C_MASTER_SCL_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);sI2C_MASTER_SDA_H(sI2C); sI2C_MASTER_Delay(sI2C->TIME);}uint8_t sI2C_MASTER_Read(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C, uint8_t Address, uint8_t *Buffer, uint8_t Length){if(Length == 0) return 0;sI2C_MASTER_GenerateStart(sI2C);sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C, sI2C->SlaveAddress);if(sI2C_MASTER_GetACK(sI2C)){sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C); return 1;}sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C, Address);if(sI2C_MASTER_GetACK(sI2C)){sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C); return 1;}sI2C_MASTER_GenerateStart(sI2C);sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C, sI2C->SlaveAddress + 1);if(sI2C_MASTER_GetACK(sI2C)){sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C); return 1;}while(1){*Buffer++ = sI2C_MASTER_ReadByte(sI2C);if(--Length == 0){sI2C_MASTER_PutACK(sI2C, 1); break;}sI2C_MASTER_PutACK(sI2C, 0);}sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C);return 0;}uint8_t sI2C_MASTER_Write(sI2C_MASTER_TypeDef *sI2C, uint8_t Address, uint8_t *Buffer, uint8_t Length){uint8_t i = 0;if(Length == 0) return 0;sI2C_MASTER_GenerateStart(sI2C);sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C, sI2C->SlaveAddress);if(sI2C_MASTER_GetACK(sI2C)){sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C); return 1;}sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C, Address);if(sI2C_MASTER_GetACK(sI2C)){sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C); return 1;}for(i = 0; i < Length; i++){sI2C_MASTER_WriteByte(sI2C, *Buffer++);if(sI2C_MASTER_GetACK(sI2C)) break;}sI2C_MASTER_GenerateStop(sI2C);if(i == Length) return 0;else return 1;}void sI2C_MASTER_SHELL_Handler(uint8_t Mode){uint8_t Buffer[10] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE};if(Mode == 1){sI2C_MASTER_Write(&sI2C_MASTER, 0x00, Buffer, sizeof(Buffer));}else{sI2C_MASTER_Read(&sI2C_MASTER, 0x00, Buffer, sizeof(Buffer));printf(" sI2C Master Read : ");for(uint8_t i = 0; i < sizeof(Buffer); i++){printf("0x%02x ", Buffer[i]);}printf(" ");}}SHELL_EXPORT_CMD(SI2C_MASTER, sI2C_MASTER_SHELL_Handler, Software I2C Master Read And Write);
三、硬件I2C從機(jī)通訊
對(duì)于硬件I2C從機(jī)通訊來說，更多的是采用中斷的響應(yīng)方式來避免程序在某一處一直等待I2C主機(jī)的操作；而輪詢的方式很容易捕捉不到I2C的請(qǐng)求或者事件；所以如下硬件I2C從機(jī)通訊的方式使用的就是中斷處理方式，I2C主機(jī)任何操作和請(qǐng)求都會(huì)映射成對(duì)應(yīng)的中斷，待從機(jī)檢測(cè)到了之后，進(jìn)入中斷進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)中斷的方式也保證了通訊的正常和穩(wěn)定性。
現(xiàn)在市面上很多MCU的I2C從機(jī)模式都支持多地址模式，但每家的IP功能設(shè)計(jì)都不一樣：有些是直接通過寄存器設(shè)置從機(jī)地址方式，這種方式限制了所支持從機(jī)地址的個(gè)數(shù)；有些是通過地址掩碼的方式（類似于CAN通訊的ID濾波器），通過逐位比較的方式來判別所支持的I2C從機(jī)地址，這種方式可以支持很多個(gè)從機(jī)地址；第二種方式相比于第一種實(shí)現(xiàn)方式更靈活，支持的從機(jī)設(shè)備地址也更多！
MM32F032不支持多地址從機(jī)功能，但MM32F0140支持從機(jī)多地址通訊，可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求選擇對(duì)應(yīng)的芯片型號(hào)；從機(jī)多地址功能采用的是地址掩碼方式來過濾從機(jī)地址的，這樣可以支持更多的從機(jī)設(shè)備地址；通過設(shè)置從機(jī)設(shè)備地址和從機(jī)地址掩碼來實(shí)現(xiàn)從機(jī)多地址通訊功能；硬件I2C從機(jī)通訊具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下：
實(shí)測(cè)結(jié)果如下所示：void hI2C_SLAVE_Init(uint8_t SlaveAddress){I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;QUEUE_INIT(QUEUE_HI2C_SLAVE_IDX);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_I2C1, ENABLE);I2C_StructInit(&I2C_InitStructure);I2C_InitStructure.Mode = I2C_Mode_SLAVE;I2C_InitStructure.OwnAddress = 0;I2C_InitStructure.Speed = I2C_Speed_FAST;I2C_InitStructure.ClockSpeed = 400000;I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_RD_REQ, ENABLE);I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_RX_FULL, ENABLE);I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOB, ENABLE);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_1);GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_1);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_FLOATING;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = I2C1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);I2C_SendSlaveAddress(I2C1, SlaveAddress);}void I2C1_IRQHandler(void){static uint8_t Data = 0;if(I2C_GetITStatus(I2C1, I2C_IT_RD_REQ) != RESET){I2C_ClearITPendingBit(I2C1, I2C_IT_RD_REQ);while(1){I2C_SendData(I2C1, Data++);while(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_TX_EMPTY) == RESET);if((Data % 10) == 0){I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE); break;}}}if(I2C_GetITStatus(I2C1, I2C_IT_RX_FULL) != RESET){QUEUE_WRITE(QUEUE_HI2C_SLAVE_IDX, I2C_ReceiveData(I2C1));}}
四、軟件模擬I2C從機(jī)通訊
軟件模擬I2C從機(jī)通訊是I2C通訊時(shí)序逆向的實(shí)現(xiàn)過程，它需要通過捕捉I2C主機(jī)的信號(hào)時(shí)序?qū)χ鳈C(jī)的事件、請(qǐng)求，以及發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，又要正確的回復(fù)I2C主機(jī)，所以它的實(shí)現(xiàn)方式比I2C模擬主機(jī)完全不同。這需要開發(fā)者對(duì)I2C時(shí)序十分熟悉，所以在研讀下面軟件模擬I2C從機(jī)通訊程序時(shí)，建議對(duì)照I2C時(shí)序一點(diǎn)點(diǎn)分析（提示：這部分內(nèi)容有點(diǎn)難度）。
對(duì)于軟件模擬I2C從機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)是通過兩個(gè)GPIO端口引腳分別與I2C主機(jī)的SCL和SDA進(jìn)行連接，程序中將這兩個(gè)GPIO端口引腳配置成外部中斷EXTI工作模式，通過捕獲GPIO端口引腳的上升沿、下降沿，以及高低電平狀態(tài)，配合軟件模擬I2C從機(jī)的狀態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)與I2C主機(jī)之間的通訊功能，在如下的程序中添加了詳細(xì)的注釋和說明，方便大家閱讀和理解，具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下：
實(shí)測(cè)結(jié)果如下所示：typedef struct{uint32_t SCL_RCC;GPIO_TypeDef *SCL_GPIO;uint16_t SCL_PIN;uint8_t SCL_EXTI_PortSource;uint8_t SCL_EXTI_PinSource;uint32_t SCL_EXTI_Line;uint32_t SDA_RCC;GPIO_TypeDef *SDA_GPIO;uint16_t SDA_PIN;uint8_t SDA_EXTI_PortSource;uint8_t SDA_EXTI_PinSource;uint32_t SDA_EXTI_Line;uint8_t SlaveAddress;} sI2C_SLAVE_TypeDef;sI2C_SLAVE_TypeDef sI2C_SLAVE ={RCC_AHBENR_GPIOB, GPIOB, GPIO_Pin_6, EXTI_PortSourceGPIOB, EXTI_PinSource6, EXTI_Line6,RCC_AHBENR_GPIOB, GPIOB, GPIO_Pin_7, EXTI_PortSourceGPIOB, EXTI_PinSource7, EXTI_Line7,0xA0,};#define sI2C_SLAVE_STATE_NA 0#define sI2C_SLAVE_STATE_STA 1#define sI2C_SLAVE_STATE_ADD 2#define sI2C_SLAVE_STATE_ADD_ACK 3#define sI2C_SLAVE_STATE_DAT 4#define sI2C_SLAVE_STATE_DAT_ACK 5#define sI2C_SLAVE_STATE_STO 6uint8_t sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_NA;uint8_t sI2C_SLAVE_ShiftCounter = 0;uint8_t sI2C_SLAVE_SlaveAddress = 0;uint8_t sI2C_SLAVE_ReceivedData = 0;uint8_t sI2C_SLAVE_TransmitData = 0x50;uint8_t sI2C_SLAVE_TransmitBuffer[16] ={0x01, 0x12, 0x23, 0x34, 0x45, 0x56, 0x67, 0x78,0x89, 0x9A, 0xAB, 0xBC, 0xCD, 0xDE, 0xEF, 0xF0,};uint8_t sI2C_SLAVE_TransmitIndex = 0;bool sI2C_SLAVE_READ_SCL(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){return GPIO_ReadInputDataBit(sI2C->SCL_GPIO, sI2C->SCL_PIN);}bool sI2C_SLAVE_READ_SDA(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){return GPIO_ReadInputDataBit(sI2C->SDA_GPIO, sI2C->SDA_PIN);}/******************************************************************************** [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] 配置模擬I2C的GPIO端口, 默認(rèn)設(shè)置成輸入模式, 并使能相應(yīng)的外部觸發(fā)* 中斷功能(上升沿和下降沿)* @param* @retval* [url=home.php?mod=space&uid=93590]@Attention[/url]*******************************************************************************/void sI2C_SLAVE_Init(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_AHBPeriphClockCmd(sI2C->SCL_RCC, ENABLE);RCC_AHBPeriphClockCmd(sI2C->SDA_RCC, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = sI2C->SCL_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(sI2C->SCL_GPIO, &GPIO_InitStructure);GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = sI2C->SDA_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(sI2C->SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);SYSCFG_EXTILineConfig(sI2C->SCL_EXTI_PortSource, sI2C->SCL_EXTI_PinSource);EXTI_StructInit(&EXTI_InitStructure);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = sI2C->SCL_EXTI_Line;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);SYSCFG_EXTILineConfig(sI2C->SDA_EXTI_PortSource, sI2C->SDA_EXTI_PinSource);EXTI_StructInit(&EXTI_InitStructure);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = sI2C->SDA_EXTI_Line;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI4_15_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 0x00;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}/******************************************************************************** [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] 設(shè)置SDA信號(hào)線的輸入輸出方便, 0代表Output輸出, 1代表Input輸入* @param* @retval* [url=home.php?mod=space&uid=93590]@Attention[/url]*******************************************************************************/void sI2C_SLAVE_SDA_SetDirection(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C, uint8_t Direction){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;if(Direction) /* Input */{GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = sI2C->SDA_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(sI2C->SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);}else /* Output */{GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = sI2C->SDA_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_Init(sI2C->SDA_GPIO, &GPIO_InitStructure);}}/******************************************************************************* @brief 設(shè)置SDA信號(hào)線的輸出電平(高電平 / 低電平)* @param* @retval* @attention******************************************************************************/void sI2C_SLAVE_SDA_SetLevel(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C, uint8_t Level){sI2C_SLAVE_SDA_SetDirection(sI2C, 0);if(Level){GPIO_WriteBit(sI2C->SDA_GPIO, sI2C->SDA_PIN, Bit_SET);}else{GPIO_WriteBit(sI2C->SDA_GPIO, sI2C->SDA_PIN, Bit_RESET);}}/******************************************************************************* @brief 當(dāng)SCL觸發(fā)上升沿外部中斷時(shí)的處理* @param* @retval* @attention******************************************************************************/void sI2C_SLAVE_SCL_RiseHandler(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){/* SCL為上升沿, 數(shù)據(jù)鎖定, 主從機(jī)從SDA總線上獲取數(shù)據(jù)位 */switch(sI2C_SLAVE_State){case sI2C_SLAVE_STATE_ADD:/* I2C發(fā)送遵義MSB, 先發(fā)送高位, 再發(fā)送低位, 所以在接收的時(shí)候, 數(shù)據(jù)進(jìn)行左移 */sI2C_SLAVE_SlaveAddress <<= 1;sI2C_SLAVE_ShiftCounter += 1;if(sI2C_SLAVE_READ_SDA(sI2C) == Bit_SET){sI2C_SLAVE_SlaveAddress |= 0x01;}/* 當(dāng)接收到8位地址位后, 從機(jī)需要在第9個(gè)時(shí)鐘給出ACK應(yīng)答, 等待SCL下降沿的時(shí)候給出ACK信號(hào) */if(sI2C_SLAVE_ShiftCounter == 8){sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_ADD_ACK;}break;case sI2C_SLAVE_STATE_ADD_ACK:/* 從機(jī)地址的ACK回復(fù)后, 切換到收發(fā)數(shù)據(jù)狀態(tài) */sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_DAT;sI2C_SLAVE_ShiftCounter = 0; /* 數(shù)據(jù)移位計(jì)數(shù)器清零 */sI2C_SLAVE_ReceivedData = 0; /* sI2C_SLAVE的接收數(shù)據(jù)清零 */break;case sI2C_SLAVE_STATE_DAT:if((sI2C_SLAVE_SlaveAddress & 0x01) == 0x00){/* 主機(jī)寫操作：此時(shí)從機(jī)應(yīng)該獲取主機(jī)發(fā)送的SDA信號(hào)線電平狀態(tài), 進(jìn)行位存儲(chǔ) */sI2C_SLAVE_ReceivedData <<= 1;sI2C_SLAVE_ShiftCounter += 1;if(sI2C_SLAVE_READ_SDA(sI2C) == Bit_SET){sI2C_SLAVE_ReceivedData |= 0x01;}/* 當(dāng)收到一個(gè)完整的8位數(shù)據(jù)時(shí), 將收到的數(shù)據(jù)存放到I2C接收消息隊(duì)列中, 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到給主機(jī)發(fā)送ACK應(yīng)答 */if(sI2C_SLAVE_ShiftCounter == 8){QUEUE_WRITE(QUEUE_SI2C_SLAVE_IDX, sI2C_SLAVE_ReceivedData);sI2C_SLAVE_ShiftCounter = 0; /* 數(shù)據(jù)移位計(jì)數(shù)器清零 */sI2C_SLAVE_ReceivedData = 0; /* sI2C_SLAVE的接收數(shù)據(jù)清零 */sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_DAT_ACK;}}else{/* 主機(jī)讀操作：在SCL上升沿的時(shí)候, 主機(jī)獲取當(dāng)前SDA的狀態(tài)位, 如果到了第8個(gè)數(shù)位的上升沿,* 那接下來就是主機(jī)回復(fù)從機(jī)的應(yīng)答或非應(yīng)答信號(hào)了, 所以將狀態(tài)切換到等待ACK的狀態(tài), 同時(shí)準(zhǔn)備下一個(gè)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)*/if(sI2C_SLAVE_ShiftCounter == 8){sI2C_SLAVE_ShiftCounter = 0; /* sI2C_SLAVE的接收數(shù)據(jù)清零 */sI2C_SLAVE_TransmitData = sI2C_SLAVE_TransmitBuffer[sI2C_SLAVE_TransmitIndex++];sI2C_SLAVE_TransmitIndex %= 16;sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_DAT_ACK;}}break;case sI2C_SLAVE_STATE_DAT_ACK:if((sI2C_SLAVE_SlaveAddress & 0x01) == 0x00){/* 主機(jī)寫操作：從機(jī)發(fā)送ACK, 等待主機(jī)讀取從機(jī)發(fā)送的ACK信號(hào) */sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_DAT; /* 狀態(tài)切換到數(shù)據(jù)接收狀態(tài) */}else{/* 主機(jī)讀操作：主機(jī)發(fā)送ACK, 從機(jī)可以讀取主機(jī)發(fā)送的ACK信號(hào) */uint8_t ack = sI2C_SLAVE_READ_SDA(sI2C);if(ack == Bit_RESET){sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_DAT; /* 接收到 ACK, 繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù) */}else{sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_STO; /* 接收到NACK, 停止發(fā)送數(shù)據(jù) */}}break;default:break;}}/******************************************************************************* @brief 當(dāng)SCL觸發(fā)下降沿外部中斷時(shí)的處理* @param* @retval* @attention******************************************************************************/void sI2C_SLAVE_SCL_FallHandler(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){/* SCL為下降沿, 數(shù)據(jù)可變 */switch(sI2C_SLAVE_State){case sI2C_SLAVE_STATE_STA:/** 檢測(cè)到START信號(hào)后, SCL第一個(gè)下降沿表示開始傳輸Slave Address,* 根據(jù)數(shù)據(jù)有效性的規(guī)則, 地址的第一位需要等到SCL變?yōu)楦唠娖綍r(shí)才可以讀取* 切換到獲取Slave Address的狀態(tài), 等待SCL的上升沿觸發(fā)*/sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_ADD;sI2C_SLAVE_ShiftCounter = 0; /* 數(shù)據(jù)移位計(jì)數(shù)器清零 */sI2C_SLAVE_SlaveAddress = 0; /* sI2C_SLAVE的從機(jī)地址清零 */sI2C_SLAVE_ReceivedData = 0; /* sI2C_SLAVE的接收數(shù)據(jù)清零 */break;case sI2C_SLAVE_STATE_ADD:/** 在主機(jī)發(fā)送Slave Address的時(shí)候, 從機(jī)只是讀取SDA狀態(tài), 進(jìn)行地址解析, 所以這邊沒有處理*/break;case sI2C_SLAVE_STATE_ADD_ACK:/* SCL低電平的時(shí)候, 給I2C總線發(fā)送地址的應(yīng)答信號(hào), 狀態(tài)不發(fā)生改變, 等待下一個(gè)上升沿將ACK發(fā)送出去 */sI2C_SLAVE_SDA_SetLevel(sI2C, 0); /* 將SDA信號(hào)拉低, 向主機(jī)發(fā)送ACK信號(hào) */break;case sI2C_SLAVE_STATE_DAT:/* 在SCL時(shí)鐘信號(hào)的下降沿, SDA信號(hào)線處理可變的狀態(tài) */if((sI2C_SLAVE_SlaveAddress & 0x01) == 0x00){/* 主機(jī)寫操作：將SDA信號(hào)線設(shè)置成獲取狀態(tài), 等待下一個(gè)SCL上升沿時(shí)獲取數(shù)據(jù)位 */sI2C_SLAVE_SDA_SetDirection(sI2C, 1);}else{/* 主機(jī)讀操作：根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)位設(shè)置SDA信號(hào)線的輸出電平, 等待下一個(gè)SCL上升沿時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)位 */if(sI2C_SLAVE_TransmitData & 0x80){sI2C_SLAVE_SDA_SetLevel(sI2C, 1);}else{sI2C_SLAVE_SDA_SetLevel(sI2C, 0);}sI2C_SLAVE_TransmitData <<= 1;sI2C_SLAVE_ShiftCounter += 1;}break;case sI2C_SLAVE_STATE_DAT_ACK:/* 在第8個(gè)SCL時(shí)鐘信號(hào)下降沿的處理 */if((sI2C_SLAVE_SlaveAddress & 0x01) == 0x00){/* 主機(jī)寫操作：從機(jī)在接收到數(shù)據(jù)后, 需要給主機(jī)一個(gè)ACK應(yīng)答信號(hào), 狀態(tài)不發(fā)生改變, 等待下一個(gè)上升沿將ACK發(fā)送出去 */sI2C_SLAVE_SDA_SetLevel(sI2C, 0); /* 將SDA信號(hào)拉低, 向主機(jī)發(fā)送ACK信號(hào) */}else{/* 主機(jī)讀操作：從機(jī)需要釋放當(dāng)前的SDA信號(hào)線, 以便主機(jī)發(fā)送ACK或NACK給從機(jī), 狀態(tài)不發(fā)生改變, 等待下一個(gè)上升沿讀取ACK信號(hào) */sI2C_SLAVE_SDA_SetDirection(sI2C, 1);}break;default:break;}}/*** @brief 當(dāng)SDA觸發(fā)上升沿外部中斷時(shí)的處理* @param None* @retval None*/void sI2C_SLAVE_SDA_RiseHandler(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){if(sI2C_SLAVE_READ_SCL(sI2C) == Bit_SET) /* SCL為高時(shí),SDA為上升沿：STOP */{sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_STO;}else /* SCL為低時(shí),SDA為上升沿：數(shù)據(jù)的變化 */{}}/*** @brief 當(dāng)SDA觸發(fā)下降沿外部中斷時(shí)的處理* @param None* @retval None*/void sI2C_SLAVE_SDA_FallHandler(sI2C_SLAVE_TypeDef *sI2C){if(sI2C_SLAVE_READ_SCL(sI2C) == Bit_SET) /* SCL為高時(shí),SDA為下降沿：START */{sI2C_SLAVE_State = sI2C_SLAVE_STATE_STA;}else /* SCL為低時(shí),SDA為下降沿：數(shù)據(jù)的變化 */{}}/******************************************************************************** @brief* @param* @retval* @attention*******************************************************************************/void EXTI4_15_IRQHandler(void){/* I2C SCL */if(EXTI_GetITStatus(sI2C_SLAVE.SCL_EXTI_Line) != RESET){if(sI2C_SLAVE_READ_SCL(&sI2C_SLAVE) == Bit_SET){sI2C_SLAVE_SCL_RiseHandler(&sI2C_SLAVE);}else{sI2C_SLAVE_SCL_FallHandler(&sI2C_SLAVE);}EXTI_ClearITPendingBit(sI2C_SLAVE.SCL_EXTI_Line);}/* I2C SDA */if(EXTI_GetITStatus(sI2C_SLAVE.SDA_EXTI_Line) != RESET){if(sI2C_SLAVE_READ_SDA(&sI2C_SLAVE) == Bit_SET){sI2C_SLAVE_SDA_RiseHandler(&sI2C_SLAVE);}else{sI2C_SLAVE_SDA_FallHandler(&sI2C_SLAVE);}EXTI_ClearITPendingBit(sI2C_SLAVE.SDA_EXTI_Line);}}
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