[技术讨论]STM32硬件IIC和软件IIC的比较

其中，iic_init()函数用于初始化GPIO，iic_start()函数用于发送起始信号，iic_stop()函数用于发送停止信号，iic_send_ack()函数用于发送ACK信号，iic_send_nack()函数用于发送NACK信号，iic_send_byte()函数用于发送一个字节，iic_receive_byte()函数用于接收一个字节，iic_write_reg()函数用于写一个寄

21ic电子工程师

7090人浏览 · 2023-04-18 10:09:48

21ic电子工程师 · 2023-04-18 10:09:48 发布

STM32的硬件IIC和软件IIC都可以用来实现IIC通信，但它们有一些不同之处。

一、简单比较

A、硬件IIC

硬件IIC是由STM32内部的硬件模块实现的，使用CPU的时钟信号来控制数据传输和时序，通信速度较快，可以达到几十MHz的速度。硬件IIC的实现相对简单，无需编写复杂的代码，因此在实现IIC通信时，硬件IIC通常是首选的方式。硬件IIC的主要优点有：

1、速度快，可以实现高速通信；

2、实现简单，无需编写复杂的代码；

3、稳定性好，不容易出现通信错误。

B、软件IIC

软件IIC是由CPU的GPIO模拟实现的，通过CPU的软件来控制时序和数据传输，通信速度相对较慢，一般在几十kHz到几百kHz之间。软件IIC的实现相对复杂，需要编写复杂的代码，因此在实现IIC通信时，软件IIC通常是在硬件IIC无法满足需求时才采用的方式。软件IIC的主要优点有：

1、可以实现多路IIC通信，硬件IIC一般只能实现单路通信；

2、可以在STM32的任何GPIO上实现IIC通信，相对灵活；

3、可以实现任意时序，更加灵活。

总的来说，硬件IIC和软件IIC各有优缺点，选择哪种方式要根据具体的应用需求进行选择。如果需要高速通信，建议选择硬件IIC；如果需要多路通信或者灵活的时序控制，建议选择软件IIC。

二、各自实现方式

A、硬件IIC

实现硬件IIC的代码需要使用STM32的内部硬件模块，具体步骤如下：

配置GPIO用于IIC通信，将SCL和SDA引脚分别配置为复用推挽输出模式；

配置I2C控制器，包括I2C时钟频率、I2C地址、I2C工作模式等参数；

启动I2C控制器，并发送数据或接收数据。

以下是一个简单的STM32硬件IIC的代码实现，以STM32F1为例：

#include "stm32f10x.h"

void i2c_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;

    

    // 打开GPIOB和I2C1时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);

    

    // 配置PB6和PB7为复用推挽输出模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    

    // 配置I2C1控制器

    I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;

    I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;

    I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;

    I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;

    I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;

    I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;    // I2C时钟频率为100kHz

    I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);

    

    // 启动I2C1控制器

    I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);

}

void i2c_write_byte(uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t data)

{

    // 发送起始信号

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    

    // 发送设备地址和写命令

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, addr, I2C_Direction_Transmitter);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    

    // 发送寄存器地址

    I2C_SendData(I2C1, reg);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    

    // 发送数据

    I2C_SendData(I2C1, data);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    

    // 发送停止信号

    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

}

uint8_t i2c_read_byte(uint8_t addr, uint8_t reg)

{

    uint8_t data;

    

    // 发送起始信号

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    

    // 发送设备地址和写命令

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, addr, I2C_Direction_Transmitter);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    

    // 发送寄存器地址

    I2C_SendData(I2C1, reg);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    

    // 发送重复起始信号

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    

    // 发送设备地址和读命令

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, addr, I2C_Direction_Receiver);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));

    

    // 读取数据

    I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);

    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

    while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));

    data = I2C_ReceiveData(I2C1);

    

    return data;

}

以上代码实现了STM32硬件IIC的初始化、写入一个字节和读取一个字节的操作。其中，i2c_init()函数用于初始化I2C控制器和GPIO，i2c_write_byte()函数用于写入一个字节，i2c_read_byte()函数用于读取一个字节。在实际应用中，可以根据需要修改这些函数来实现不同的IIC操作。

B、软件IIC

实现软件IIC的代码需要通过GPIO模拟IIC时序，具体步骤如下：

配置GPIO用于IIC通信，将SCL和SDA引脚分别配置为推挽输出模式；

实现IIC起始信号、停止信号、发送ACK信号、发送数据、接收数据等操作；

编写具体的IIC外设读写函数，根据需要调用起始信号、停止信号、发送数据、接收数据等操作。

以下是一个简单的STM32软件IIC的代码实现，以STM32F1为例：

#include "stm32f10x.h"

#include "delay.h"

#define IIC_SCL_H() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6)    // SCL线置高

#define IIC_SCL_L() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6)  // SCL线置低

#define IIC_SDA_H() GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7)    // SDA线置高

#define IIC_SDA_L() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_7)  // SDA线置低

#define IIC_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7)  // 读取SDA线状态

void iic_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    

    // 打开GPIOB时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    

    // 配置PB6和PB7为推挽输出模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    

    // 初始化IIC总线

    IIC_SCL_H();

    IIC_SDA_H();

}

void iic_start(void)

{

    IIC_SDA_H();

    IIC_SCL_H();

    delay_us(5);

    IIC_SDA_L();

    delay_us(5);

    IIC_SCL_L();

}

void iic_stop(void)

{

    IIC_SDA_L();

    IIC_SCL_H();

    delay_us(5);

    IIC_SDA_H();

    delay_us(5);

}

void iic_send_ack(void)

{

    IIC_SCL_L();

    delay_us(5);

    IIC_SDA_L();

    delay_us(5);

    IIC_SCL_H();

    delay_us(5);

    IIC_SCL_L();

    delay_us(5);

}

void iic_send_nack(void)

{

    IIC_SCL_L();

    delay_us(5);

    IIC_SDA_H();

    delay_us(5);

    IIC_SCL_H();

    delay_us(5);

    IIC_SCL_L();

    delay_us(5);

}

uint8_t iic_send_byte(uint8_t data)

{

    uint8_t ack;

    

    for(int i = 0; i < 8; i++)

    {

        if(data & 0x80)

            IIC_SDA_H();

        else

            IIC_SDA_L();

        data <<= 1;

        delay_us(5);

        IIC_SCL_H();

        delay_us(5);

        IIC_SCL_L();

        delay_us(5);

    }

    

    IIC_SDA_H();

    delay_us(5);

    IIC_SCL_H();

    delay_us(5);

    ack = IIC_SDA_READ();

    IIC_SCL_L();

    delay_us(5);

    

    return ack;

}

uint8_t iic_receive_byte(uint8_t ack)

{

    uint8_t data = 0;

    

    for(int i = 0; i < 8; i++)

    {

        data <<= 1;

        IIC_SCL_H();

        delay_us(5);

        if(IIC_SDA_READ())

            data |= 0x01;

        IIC_SCL_L();

        delay_us(5);

    }

    

    if(ack)

        iic_send_ack();

    else

        iic_send_nack();

    

    return data;

}

uint8_t iic_write_reg(uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t data)

{

    uint8_t ack;

    

    iic_start();

    ack = iic_send_byte(addr << 1);

    if(ack)

    {

        iic_stop();

        return 1;

    }

    

    ack = iic_send_byte(reg);

    if(ack)

    {

        iic_stop();

        return 2;

    }

    

    ack = iic_send_byte(data);

    if(ack)

    {

        iic_stop();

        return 3;

    }

    

    iic_stop();

    return 0;

}

uint8_t iic_read_reg(uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t *data)

{

    uint8_t ack;

    

    iic_start();

    ack = iic_send_byte(addr << 1);

    if(ack)

    {

        iic_stop();

        return 1;

    }

    

    ack = iic_send_byte(reg);

    if(ack)

    {

        iic_stop();

        return 2;

    }

    

    iic_start();

    ack = iic_send_byte((addr << 1) | 0x01);

    if(ack)

    {

        iic_stop();

        return 3;

    }

    

    *data = iic_receive_byte(0);

    iic_stop();

    return 0;

}

以上代码实现了STM32软件IIC的初始化、起始信号、停止信号、发送ACK信号、发送数据、接收数据、写寄存器、读寄存器等操作。其中，iic_init()函数用于初始化GPIO，iic_start()函数用于发送起始信号，iic_stop()函数用于发送停止信号，iic_send_ack()函数用于发送ACK信号，iic_send_nack()函数用于发送NACK信号，iic_send_byte()函数用于发送一个字节，iic_receive_byte()函数用于接收一个字节，iic_write_reg()函数用于写一个寄存器，iic_read_reg()函数用于读一个寄存器。在实际应用中，可以根据需要修改这些函数来实现不同的IIC操作。
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作者：王小琪
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来源：21ic.com
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