STM32 HAL IIC软模拟

IIC（Inter-Integrated Circuit）其实是IICBus简称，所以中文应该叫集成电路总线，它是一种串行通信总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边设备而发展。I²C的正确读法为“I平方C”（“I-squared-C”），而“I二C”（“I-two-C”）则是另一种错误但被广泛使用的读法。自2006年10月1日起，使用I²C协议已经不需要支付专利费，但制造商仍然需要付费以获取I²C从属设备地址。

例如：内存中的SPD信息,通过IIC，与BX芯片组联系，IIC 存在于英特尔PIIX4结构体系中。
随着大规模集成电路技术的发展，把CPU和一个单独工作系统所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外围电路集成在一个单片内而制成的单片机或微控制器愈来愈方便。目前，世界上许多公司生产单片机，品种很多。其中包括各种字长的CPU，各种容量的ROM、RAM以及功能各异的I/O接口电路等等，但是，单片机的品种规格仍然有限，所以只能选用某种单片机来进行扩展。扩展的方法有两种：一种是并行总线，另一种是串行总线。由于串行总线的连线少，结构简单，往往不用专门的母板和插座而直接用导线连接各个设备。因此，采用串行线可大大简化系统的硬件设计。PHILIPS公司早在十几年前就推出了I2C串行总线，利用该总线可实现多主机系统所需的裁决和高低速设备同步等功能。因此，这是一种高性能的串行总线。
飞利浦电子公司日前推出新型二选一I2C主选择器，可以使两个I2C主设备中的任何一个与共享资源连接，广泛适用于从MP3播放器到服务器等计算、通信和网络应用领域，从而使制造商和终端用户从中获益。PCA9541可以使两个I2C主设备在互不连接的情况下与同一个从设备相连接，从而简化了设计的复杂性。此外，新产品以单器件替代了I2C多个主设备应用中的多个芯片，有效节省了系统成本。

I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。
为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端时必须是漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出。设备上的串行数据线SDA接口电路应该是双向的，输出电路用于向总线上发送数据，输入电路用于接收总线上的数据。而串行时钟线也应是双向的，作为控制总线数据传送的主机，一方面要通过SCL输出电路发送时钟信号，另一方面还要检测总线上的SCL电平，以决定什么时候发送下一个时钟脉冲电平；作为接受主机命令的从机，要按总线上的SCL信号发出或接收SDA上的信号，也可以向SCL线发出低电平信号以延长总线时钟信号周期。总线空闲时，因各设备都是开漏输出，上拉电阻Rp使SDA和SCL线都保持高电平。任一设备输出的低电平都将使相应的总线信号线变低，也就是说：各设备的SDA是“与”关系，SCL也是“与”关系。
总线对设备接口电路的制造工艺和电平都没有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C总线上的数据传送率可高达每秒十万位，高速方式时在每秒四十万位以上。另外，总线上允许连接的设备数以其电容量不超过400pF为限。
总线的运行（数据传输）由主机控制。所谓主机是指启动数据的传送（发出启动信号）、发出时钟信号以及传送结束时发出停止信号的设备，通常主机都是微处理器。被主机寻访的设备称为从机。为了进行通讯，每个接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址，以便于主机寻访。主机和从机的数据传送，可以由主机发送数据到从机，也可以由从机发到主机。凡是发送数据到总线的设备称为发送器，从总线上接收数据的设备被称为接受器。
I2C总线上允许连接多个微处理器以及各种外围设备，如存储器、LED及LCD驱动器、A/D及D/A转换器等。为了保证数据可靠地传送，任一时刻总线只能由某一台主机控制，各微处理器应该在总线空闲时发送启动数据，为了妥善解决多台微处理器同时发送启动数据的传送（总线控制权）冲突，以及决定由哪一台微处理器控制总线的问题，I2C总线允许连接不同传送速率的设备。多台设备之间时钟信号的同步过程称为同步化。

/*************笔记****************
1、CubeMX 定义任意两个引脚，作为通讯脚，并对引脚作出如下配置：
   GPlO output level       －－High
   GPIO mode               －－Output open drai
   GPIO Pull-up/Pull-down  －－No pull-up and no pull-down
   Maximum output speed    －－LOW
   User label              －－IIC_SCL/IIC_SDA

   IIC_SCL--PB6 IIC_SDA--PB7
   ---------------------------------------------------------
***********************************/
#include "hal_iic.h"

/**********************************************************************/
// 功能描述：用于IIC通讯时延时，以满足IIC对时序的要求(内部使用)
// 输入参数：cnt 延时记数器 (定义成volatile防止被优化掉)
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
//#pragma optimize= none
void IIC_Delay(volatile uint32_t cnt)
{
    while(cnt--);
}
/**********************************************************************/
// 功能描述： IIC使能初始化
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_Init(const IIC_PIN *I)
{
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1); //SCL = 1
    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1); //SDA = 1
}

/**********************************************************************/
// 功能描述： IIC通讯开始
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：胡安勤
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_Start (const IIC_PIN *I)//
{

    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1);   //SDA = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);   //SCL = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 0);   //SDA = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 0);   //SCL = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);

}
/**********************************************************************/
// 功能描述： IIC通讯结束
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_Stop (const IIC_PIN *I)
{
    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 0);   //SDA = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);   //SCL = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1);   //SDA = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
}


/**********************************************************************/
// 功能描述： IIC从设备应答
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 返 回 值：0: 设备应答正常  1: 设备无应答
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
IIC_STATUS IIC_Wait_ACK(const IIC_PIN *I)
{
    uint8_t s1;
    uint8_t i = 0;

    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);           //SCL = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);

    s1 = GPIO_READ_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN);
    while (s1 && i++ < 100) //判断是否应答 0应答，1无答
    {
        s1 = GPIO_READ_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN);
    }

    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 0);           //SCL = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);

    if(s1)
    {
        return(IIC_WAIT_ACK_ERR);
    }
    else
    {
        return(IIC_OK);
    }
}


/**********************************************************************/
// 功能描述： 主设备应答
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_ACK(const IIC_PIN *I)
{

    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 0);       //SDA = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);       //SCL = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 0);       //SCL = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1);       //SDA = 1
}

/**********************************************************************/
// 功能描述： 主设备非应答
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_NACK(const IIC_PIN *I)
{

    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1);   //SDA = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);   //SCL = 1
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 0);   //SCL = 0
    IIC_Delay(I->DelayTick);
}

/**********************************************************************/
// 功能描述： 发送一个字节
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚  data: 待发送字节
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_WriteByte(const IIC_PIN *I, uint8_t data)
{
    uint16_t i;

    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        if((data & 0x80) == 0x80)
        {
            GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1);  //SDA = 1
        }
        else
        {
            GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 0);  //SDA = 0
        }
        data = data << 1;
        IIC_Delay(I->DelayTick);
        GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);      //SCL = 1
        IIC_Delay(I->DelayTick);
        GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 0);      //SCL = 0
        //IIC_Delay(I->DelayTick);
    }
    IIC_Delay(I->DelayTick);
    GPIO_WRITE_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN, 1);          //SDA = 1
}

/**********************************************************************/
// 功能描述： 从从设备接收一个字节
// 输入参数：I:结构体，定义IIC使用的PIN管脚
// 输出参数：data：读取到的字节
// 返 回 值：无
// 编写时间：2014.11.21
// 作    者：
// 修改记录:
/**********************************************************************/
void IIC_ReadByte(const IIC_PIN *I, uint8_t *data)
{
    uint8_t tmp = 0;
    uint8_t i;

    IIC_Delay(I->DelayTick);
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        tmp = tmp << 1;
        GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 1);     //SCL = 1
        IIC_Delay(I->DelayTick);
        if (GPIO_READ_PIN(I->SDA_PORT, I->SDA_PIN))     //读数据脚
        {
            tmp = tmp | 0x01;
        }
        else
        {
            tmp = tmp & 0xfe;
        }
        GPIO_WRITE_PIN(I->SCL_PORT, I->SCL_PIN, 0);     //SCL = 0
        IIC_Delay(I->DelayTick);
    }
    *data = tmp;
}

#ifndef __IIC_Configuration_HEAD_
#define __IIC_Configuration_HEAD_

#include "main.h"
#define   GPIO_WRITE_PIN(PORT,PIN,VALUE)  HAL_GPIO_WritePin(PORT,PIN,(VALUE)?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET)
#define   GPIO_READ_PIN(PORT,PIN)         HAL_GPIO_ReadPin(PORT,PIN)

typedef enum  {
  IIC_OK           = 0x00,    //IIC工作正常
  IIC_WAIT_ACK_ERR = 0x01,    //slave设备返回ACK错误
  IIC_WRITE_ERR    = 0x02,    //向slave设备写入错误
  IIC_READ_ERR     = 0x04     //从slave设备读取错误
} IIC_STATUS;

typedef struct
{
  GPIO_TypeDef  *SCL_PORT;    //定义IIC时钟使用的端口
  uint16_t      SCL_PIN;      //定义IIC时钟使用的PIN脚
  GPIO_TypeDef  *SDA_PORT;    //定义IIC数据使用的端口
  uint16_t      SDA_PIN;      //定义IIC数据使用的PIN脚
  uint32_t      DelayTick;    //定义延时，以适应不同器件对速率的不同要求,具体值要在调试中确定
  uint8_t       ADDR;         //器件地址
}IIC_PIN;

void IIC_Init(const IIC_PIN *I);
void IIC_Start (const IIC_PIN *I);
void IIC_Stop (const IIC_PIN *I);
IIC_STATUS IIC_Wait_ACK(const IIC_PIN *I);
void IIC_WriteByte(const IIC_PIN *I,uint8_t data);
void IIC_ReadByte(const IIC_PIN *I,uint8_t *data);
void IIC_ACK(const IIC_PIN *I);
void IIC_NACK(const IIC_PIN *I);

#endif