【雅特力AT32】IIC使用指南_附读写EEPROM案例

目录

1.12C接口简介
2.12C接口通信

2.1主机通信流程
2.1.1 主机通信初始化
1>主机时钟初始化
2>主机通信初始化
3>主机 10 bits 寻址的特殊时序初始化
2.1.2 主机通信初始化软件接口
2.1.3 主机发送流程
2.1.4 主机发送流程软件接口
2.1.5 主机接收流程
2.1.6 主机接收流程软件接口

2.2 从机通信流程

2.2.1 从机通信初始化
1>从机地址配置
2>从机地址匹配
3>从机字节控制模式(通常SMBus 模式下才使用)
2.2.2 从机通信初始化软件接口
2.2.3 从机发送流程
2.2.4 从机发送流程软件接口
2.2.5 从机接收流程
2.2.6 从机接收流程软件接口

2.3 唤醒深睡眠模式

2.4 IIC读写EEPROM

2.4.1 功能简介
2.4.2 资源准备
2.4.3 软件设计

引言

​ AT32 的 I2C 总线接口用于处理微控制器和串行 I2C 总线之间的通信，支持主机和从机模式，支持唤醒深睡眠模式，最大通信速度为 1Mbit/s(增强快速模式 fast mode plus)。

​ 本文主要就 I 2C 总线接口的基本功能进行讲解和案列解析。

1. I2C接口简介

​ I2C 接口是由数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成，在标准模式下通信速度可达到 100kHz，快速模式下则可以达到 400kHz，增强快速模式可达到 1MHz。

​ 一帧数据传输从开始信号开始，在结束信号后停止，在收到开始信号后总线被认为是繁忙的，当收到结束信号后，总线被认为再次空闲。

​ I2C 接口具有主机和从机模式、多主机功能、可编程建立和保持时间、时钟延展功能、DMA 存取数据、支持SMBus 2.0 协议等特点。

在这里插入图片描述

I 2C1 可透过配置 CRM 中 PICLKS 寄存器的 I2C1SEL 位，时钟来源可选择来自 SYSCLK、PCLK和 HICK，并且支持从 Deepsleep mode 唤醒， I2C1 有模拟滤波器，可以滤掉 50ns 内的噪声。

在这里插入图片描述

I 2C2 / I 2C3 时钟来源为 PCLK，不支持 Deepsleep mode 唤醒并且没有模拟滤波器。

2. I2C接口通信

2.1主机通信流程

2.1.1 主机通信初始化
1> 主机时钟初始化

在启动外设(I2CEN)之前，必须先设置 I2Cx_CLKCTRL 寄存器的各个位用以配置 I 2C 主时钟。

― DIV[7：0]：	I2C 时钟分频；
― SDAD[3：0]：数据保持时间（tHD;DAT）
― SCLD[3：0]：数据建立时间（tSU;DAT）
― SCLH[7：0]：SCL 高电平时间
― SCLL[7：0]：SCL 低电平时间

​ 该寄存器的配置可以使用 Artery_I2C_Timing_Configuration 时钟配置工具计算，见第三部分。

  • ​ 低电平控制：
当检测到 SCL 总线为低电平时，内部 SCLL 计数器开始计数，当计数值达到 SCLL 值时，释放 SCL 线，SCL 线变为高电平。
  • ​ 高电平控制：
当检测到 SCL 总线为高电平时，内部 SCLH 计数器开始计数，当计数值达到 SCLH 值时，拉低 SCL 线，SCL 线变为低电平，当在高电平期间，如果被外部总线拉低，那么内部 SCLH 计数器停止计数，并开始低电平计数，这为时钟同步提供了条件。

在这里插入图片描述

2> 主机通信初始化

在启动通讯前须先设定 I2C_CTRL2 寄存器中的几项参数：

  • 1)设置传输字节数

    • ​ ≤255 字节

      配置 I2C_CTRL2 的 RLDEN=0，关闭重载模式
配置 I2C_CTRL2 的 CNT[7:0] = N

    • ​ -＞255 字节

      配置 I2C_CTRL2 的 RLDEN=1，使能重载模式
配置 I2C_CTRL2 的 CNT[7:0]=255
剩余传输字节数 N = N - 255

  • 2)设置传输结束模式

    • 软件结束模式

      ASTOPEN=0：软件结束模式，当数据传输完成后，I2C_STS 的 TDC 标志置 1，软件设置GENSTOP=1 或者 GENSTART=1，发送 STOP 条件或者 START 条件。

    • 自动结束模式

      ASTOPEN=1：自动结束模式，当数据传输完成后，自动发送 STOP 条件。

  • 3)设置从机地址

    设置寻址的从机地址值（I2C_CTRL2 的 SADDR）设置从机地址模式（I2C_CTRL2 的 ADDR10）
ADDR10=0：7 位地址模式
ADDR10=1：10 位地址模式

  • 4)设置传输方向（I2C_CTRL2 的 DIR）

        DIR=0：主机接收数据DIR=1：主机发送数据

  • 5)开始传输

    设置 I2C_CTRL2 的 GENSTART=1，主机开始在总线上**发送 START 条件和从机地址**。
3> 主机 10 bits 寻址的特殊时序初始化

在 10 位地址传输模式下，I2C_CTRL2 的 READH10 用于产生特殊时序，当 READH10=1 时，支持如下传输序：主机先发送数据给从机，然后再从从机读取数据，传输时序图如下图所示：

在这里插入图片描述

2.1.2 主机通信初始化软件接口

主机通信初始化所用到的软件接口通过独立的函数接口实现，如下：

/* 主机时钟初始化 */
void i2c_init(i2c_type *i2c_x, uint8_t dfilters, uint32_t clk); 
/* 主机通信初始化 */
void i2c_transmit_set(i2c_type *i2c_x, uint16_t address, uint8_t cnt, i2c_reload_stop_mode_type rld_stop, i2c_start_stop_mode_type start_stop); 
/* 10 位地址使能 */
void i2c_addr10_mode_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state); /* 10 位地址头读取时序使能 */
void i2c_addr10_header_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state);

i2c_init 函数

用于主机时钟初始化，三个参数分别为：所使用的 I2C、数字滤波值和主机时钟配置值。

i2c_transmit_set 函数

用于初始化通信参数，包括：所使用的 I2C、从机地址、传输字节数、停止条件产生模式和起始条件产生模式。

i2c_addr10_mode_enable 函数

用于使能 10 位地址模式。

i2c_addr10_header_enable 函数

用于使能 10 位地址头读取时序，即主机发送完整的 10 位从机地址读序列或主机只发送 10 位地址的前 7 位。
2.1.3 主机发送流程

  1. I2C_TXDT 数据寄存器为空，I2C_STS 的 TDIS=1；

  2. 向 TXDT 数据寄存器写入数据，数据开始发送；

  3. 重复 1、2 步骤直到发送 CNT[7:0]个数据；

  4. 如果此时 I2C_STS 的 TCRLD=1（重载模式），分为以下两种情况：

    ― 剩余字节数 N>255：向 CNT 写入 255，N=N-255，TCRLD 被自动清 0，传输继续；
― 剩余字节数 N≤255：关闭重载模式（RLDEN=0），向 CNT 写入 N，TCRLD 被自动清 0，传输继续。

  5. 结束时序

    ― 停止条件产生：

    软件结束模式（ASTOPEN=0）：此时 I2C_STS 的 TDC 置 1，设置 GENSTOP=1产生 STOP 条件；自动结束模式（ASTOPEN=1）：自动产生 STOP 条件。

    ― 等待产生 STOP 条件：

    当 STOP 条件产生时，I2C_STS 的 STOPF 置 1，将 I2C_CLR的 STOPC 写 1，清除 STOPF 标志，传输结束.

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.1.4 主机发送流程软件接口

主机发送通过独立的函数接口实现，如下：

i2c_status_type i2c_master_transmit
(i2c_handle_type* hi2c, uint16_t address, uint8_t* pdata, uint16_t size, uint32_t timeout
);

i2c_master_transmit 函数为 i2c_application.c 文件所提供的应用层接口函数，参数包括：I2C 结构体指针、从机地址、发送数据指针、发送数据字节数和函数超时时间。

注：此函数为Artery 所提供的标准主机发送函数。用户也可根据前述主机发送流程，自行编写主机发送函数。

2.1.5 主机接收流程

  1. 当收到数据后，RDBF=1，读取 RXDT 数据寄存器，RDBF 被自动清零；

  2. 重复步骤 2 直到接收 CNT[7:0]个数据；

  3. 如果此时 I2C_STS 的 TCRLD=1（重载模式），分为以下两种情况：

    ― 剩余字节数 N>255：向 CNT 写入 255，N=N-255，TCRLD 被自动清 0，传输继续；― 剩余字节数 N≤255：关闭重载模式（RLDEN=0），向 CNT 写入 N，TCRLD 被自动清 0，传输继续。

  4. 当在接收到最后一个字节时，主机会自动发送一个 NACK。

  5. 结束时序

    ― 停止条件产生：软件结束模式（ASTOPEN=0）：此时 I2C_STS 的 TDC 置 1，设置 GENSTOP=1 产生STOP 条件；自动结束模式（ASTOPEN=1）：自动产生 STOP 条件。
― 等待产生 STOP 条件:当 STOP 条件产生时，I2C_STS 的 STOPF 置 1，将 I2C_CLR 的STOPC 写 1，清除 STOPF 标志，传输结束。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.1.6 主机接收流程软件接口

主机接收通过独立的函数接口实现，如下：

i2c_status_type i2c_master_receive
(i2c_handle_type* hi2c, uint16_t address, uint8_t* pdata, uint16_t size, uint32_t timeout
);

i2c_master_receive 函数为 i2c_application.c 文件所提供的应用层接口函数，参数包括：I2C 结构体指针、从机地址、接收数据指针、接收数据字节数和函数超时时间。

注：此函数为 Artery 所提供的标准主机接收函数。用户也可根据前述主机接收流程，自行编写主机接收函数。

2.2 从机通信流程

2.2.1 从机通信初始化
1> 从机地址配置

每个 I 2C 从设备可同时支持 2 个从设备地址，由 OADDR1 和 OADDR2 指定

  • I2C_OADDR1

    — 通过 ADDR1EN 使能
— 通过 ADDR1MODE 配置为 7 位（默认）或 10 位地址

  • I2C_OADDR2

    — 通过 ADDR2EN 使能
— 固定 7 位地址模式
— 可通过 ADDR2MASK [2:0]来在进行地址匹配比较时屏蔽掉 0~7 个 LSB 地址位ADDR2MASK = 0 表示 7 位地址中的每一位都要参与匹配比较ADDR2MASK = 7 表示任何非保留地址的 7 位地址都会被该从设备应答
2> 从机地址匹配
当 I 2C 启用的地址选中匹配时，ADDRF 中断状态标志会被置 1，如果 ADDRIEN 位为 1，就会产生一个中断。
如果两个从地址都使能，在地址匹配产生 ADDR 中断时，可以查看状态寄存器中的ADDR [6:0]来得知是 OADDR1 还是 OADDR2 被寻址了。
3> 从机字节控制模式（通常 SMBus 模式下才使用）

从设备可以对每个收到的字节进行应答控制。

所需配置：SCTRL = 1 & RLDEN =1 & STRETCH = 0 & CNT ≥ 1

从机字节控制流程：

1) 每收到一个字节 TCRLD 置位，时钟延展于第 8 和第 9 个脉冲之间
2) 软件读取 RXDT 中的值，并决定是否置位 ACK
3) 软件重装载 CNT = 1 来停止时钟延展
4) 应答或非应答信号在第 9 个脉冲时刻出现在总线上

注意：

置位 SCTRL 时，必须开启时钟延展，即 STRETCH = 0;
CNT 可以是大于 1 的值，来实现多个字节以自动 ACK 接收完毕后再启动应答控制，从设备发送时推荐关闭 SCTRL，此时无需字节应答控制。
2.2.2 从机通信初始化软件接口

从机通信初始化所用到的软件接口通过独立的函数接口实现，如下：

void i2c_own_address1_set(i2c_type *i2c_x, i2c_address_mode_type mode, uint16_t address);
void i2c_own_address2_set(i2c_type *i2c_x, uint8_t address, i2c_addr2_mask_type mask);
void i2c_own_address2_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state);
void i2c_slave_data_ctrl_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state);
void i2c_clock_stretch_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state);
void i2c_reload_enable(i2c_type *i2c_x, confirm_state new_state);

i2c_own_address1_set 函数用于配置 OADDR1 地址模式以及 ADDR1 地址值。

i2c_own_address2_set 函数用于配置 ADDR2 地址值以及 ADDR2 屏蔽位。

i2c_own_address2_enable 函数用于使能 ADDR2 地址。

i2c_slave_data_ctrl_enable 函数用于使能从机字节控制模式。

i2c_clock_stretch_enable 函数用于使能从机时钟延展功能。

i2c_reload_enable 函数用于使能发送数据重载模式。

2.2.3 从机发送流程

  1. 响应主机地址，匹配时回复 ACK；

  2. TXDT 为空时，置位 TDIS，从设备写入发送数据；

  3. 每发送一个字节会收到 ACK，且置位 TDIS；

  4. 如果收到 NACK 位：

    — 置位 NACKF，产生中断；
— 从设备自动释放 SCL 和 SDA（以便主设备发送 STOP 或 RESTART）；

  5. 如果收到 STOP 位：

    — 置位 STOPF，产生中断；

​ 当从机发送开启时钟延展（STRETCH = 0）时，在等待 ADDRF 标志时和发送前一个数据的第 9 个时钟脉冲后，会把 TXDT 中的数据拷贝到移位寄存器中，如果此时 TDIS 还是置位，表示 TXDT 没有写进待发送数据，将发生时钟延展，如下流程图：

在这里插入图片描述

​ 需要注意的是，在时钟延展关闭（STRETCH=1）的情况下，如果在将要传输数据的第一个 Bit 位开始发送之前，也就是 SDA 边沿产生之前，如果数据还未写入 TXDT 数据寄存器，那么会发生欠载错误，此时 I2C_STS 的 OUF 将会置 1，并将 0xFF 发送到总线。

​ 为了能及时的写入数据，可以在通信开始前，先将数据写入到 DT 寄存器：软件先将 TDBE 置 1，目的是为了清空 TXDT 寄存器的数据，然后将第一个数据写入 TXDT 寄存器，此时 TDBE 清零。

在这里插入图片描述

2.2.4 从机发送流程软件接口

从机发送通过独立的函数接口实现，如下：

i2c_status_type i2c_slave_transmit
(i2c_handle_type* hi2c, uint8_t* pdata, uint16_t size, uint32_t timeout
);

i2c_slave_transmit 函数为 i2c_application.c 文件所提供的应用层接口函数，参数包括：I2C 结构体指针、发送数据指针、发送数据字节数和函数超时时间。

注：此函数为 Artery 所提供的标准从机发送函数。用户也可根据前述从机发送流程，自行编写从机发送函数。

2.2.5 从机接收流程

  1. 当收到数据后，RDBF=1，读取 RXDT 数据寄存器，RDBF 被自动清零；

  2. 重复步骤 2 直到所有数据接收完成；

  3. 等待收到 STOP 条件，当收到 STOP 条件时，I2C_STS 的 STOPF 置 1，将 I2C_CLR的 STOPC 写 1，清除 STOPF 标志，传输结束。

在这里插入图片描述

2.2.6 从机接收流程软件接口

从机接收通过独立的函数接口实现，如下：

i2c_status_type i2c_slave_receive
(i2c_handle_type* hi2c, uint8_t* pdata, uint16_t size, uint32_t timeout
);

i2c_slave_receive 函数为 i2c_application.c 文件所提供的应用层接口函数，参数包括：I2C 结构体指针、接收数据指针、接收数据字节数和函数超时时间。

注：此函数为 Artery 所提供的标准从机接收函数。用户也可根据前述从机接收流程，自行编写从机接收函数。

2.3 唤醒深睡眠模式

A423 上有 3 个 I2C，其中只有 I2C1 支持在被寻址到时将系统从深睡眠模式（DEEPSLEEP）唤醒。

使用此功能的配置步骤：

  1. 使能 I2C 唤醒深睡眠模式功能（I2C1_CTRL1 的 WAKEUPEN 位置 1）

    i2c_wakeup_enable(i2cx, TRUE);

  2. 数字滤波器值设置为 0（I2C1_CTRL1 的 DFLT 位设为 0）

    i2c_init(i2cx, 0x00, I2Cx_CLKCTRL);

  3. 开启时钟延展模式（I2C1_CTRL1 的 STRETCH 位设为 0）

    i2c_clock_stretch_enable(i2cx, TRUE);

  4. I2C 时钟选择 HICK（CRM_MISC2 的 I2C1SEL 位）

    crm_i2c1_clock_source_set(CRM_I2C1_CLOCK_SOURCE_HICK48);

关于 A423 唤醒深睡眠模式更多详细信息请参考《AN0208_AT32A423_PWC_Application_Note》

2.4 IIC读写EEPROM

4.1 功能简介

使用硬件 I 2C 接口对 EEPROM 存储设备进行读写访问。

4.2 资源准备

  1. 硬件环境:

    对应产品型号的 AT-START BOARD4.7K 上拉电阻EEPROM 存储设备

  2. 软件环境

    project\at_start_a4xx\examples\i2c\eeprom
4.3 软件设计

  1. 配置流程

     开启 I2C 外设时钟
 配置 I2C 所复用的 GPIO
 配置 I2C 所用的 DMA 通道
 使能 I2C 外设接口
 写入 EEPROM 并读取写入的数据
 比较读写数据内容是否正确

  2. 代码介绍 main.c

    如若读写数据完全相同，则 LED3 会被点亮。

    int main(void)
{i2c_status_type i2c_status;/* 初始化系统时钟 */ system_clock_config(); /* 配置 NVIC 优先级组 */nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);/* at-start board 初始化 */at32_board_init();hi2cx.i2cx = I2Cx_PORT;/* 配置 I2C */i2c_config(&hi2cx);while(1){/* wait for key USER_BUTTON press before starting the communication */while(at32_button_press() != USER_BUTTON){}/* 写数据到 EEPROM */ if((i2c_status = i2c_memory_write(&hi2cx, I2Cx_ADDRESS, 0, tx_buf1, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT)) != I2C_OK){error_handler(i2c_status);}delay_ms(5);/* 读 EEPROM 数据 */ if((i2c_status = i2c_memory_read(&hi2cx, I2Cx_ADDRESS, 0, rx_buf1, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT)) != I2C_OK){ error_handler(i2c_status);} （省略部分代码，完整代码请查看 BSP）/* 等待通讯完成 */ if(i2c_wait_end(&hi2cx, I2C_TIMEOUT) != I2C_OK){error_handler(i2c_status);}/* 比较读写数据 */if((buffer_compare(tx_buf1, rx_buf1, BUF_SIZE) == 0) &&(buffer_compare(tx_buf2, rx_buf2, BUF_SIZE) == 0) &&(buffer_compare(tx_buf3, rx_buf3, BUF_SIZE) == 0)){at32_led_on(LED3);}else{error_handler(i2c_status);}} 
}error_handler(i2c_status);} （省略部分代码，完整代码请查看 BSP）/* 等待通讯完成 */ if(i2c_wait_end(&hi2cx, I2C_TIMEOUT) != I2C_OK){error_handler(i2c_status);}/* 比较读写数据 */if((buffer_compare(tx_buf1, rx_buf1, BUF_SIZE) == 0) &&(buffer_compare(tx_buf2, rx_buf2, BUF_SIZE) == 0) &&(buffer_compare(tx_buf3, rx_buf3, BUF_SIZE) == 0)){at32_led_on(LED3);}else{error_handler(i2c_status);}} 
}

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&#x1f921;博客主页&#xff1a;醉竺 &#x1f970;本文专栏&#xff1a;《高阶数据结构》 &#x1f63b;欢迎关注&#xff1a;感谢大家的点赞评论关注&#xff0c;祝您学有所成&#xff01; ✨✨&#x1f49c;&#x1f49b;想要学习更多《高阶数据结构》点击专栏链接查看&a…
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《数据结构与算法之美》学习笔记五之队列

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