使用GPIO模拟IIC接口时编写设备驱动的基本流程

用示波器观测 DY-TIVA-PB 板上的 TMP75 的 I2C 信号

一.IIC简介

I2C总线是一种应用非常广泛的双向二线制同步串行通信总线，两根线，分别为SCL和SDA。其中SCL是时钟线，SDA传输数据。
IIC有几种模式：

主机发送模式
主机接收模式
从机发送模式
从机接收模式

我们要知道II2在传输时的数据格式（数据帧）。每次传输都由一个起始位开始，然后以 9 位为一个周期传输地址或数据，最后以停止位终止。这 9 位是由 8 位的地址位（加指示位 R/S）或数据位以及 1 位应答位 ACK 组成的。直到停止。
如果是主机向从机写数据，也就是主机发送模式，那么就是如图所示的格式：

如果是读取数据的话，则要把写改为读。
具体的配置过程就不多讲了，这个有点复杂，简要的说下重点

起始状态和停止状态时间间隔最小600ns，也就是说代码里要有一定的延时

void IIC_SendOneByte(uint32_t ui32Base, unsigned char TxValue){
   
	unsigned char i2cWriteBuffer = TxValue;
	uint16_t i2c_read_delay = TMP_READ_DELAY;
	I2CMasterDataPut(ui32Base, i2cWriteBuffer);
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_SEND_CONT);
	while (i2c_read_delay--);
}

要设置主机和从机的地址

I2CMasterSlaveAddrSet(ui32Base, ui8SlaveAddr, false);//1001000

初始化并使能主机模式，使用系统时钟为 I2C0 模块提供时钟频率，主机模块传输速//率为 100Kbps

I2CMasterInitExpClk(I2C1_BASE, SysCtlClockGet(), true);

检查是否收到应答，否则有可能掉线了

bool IIC_RecvACK_Error(void){
   
	uint32_t i2cErrorState = I2CMasterErr(I2C1_BASE);.
	return (i2cErrorState & I2C_MASTER_ERR_ADDR_ACK) ? 0 : 1;
}

默认是10kΩ的上拉电阻，但这会导致上升时间慢，将两个上拉电阻改为1kΩ电阻后，上升时间有明显改善

二. 示例代码

这里TMP75传感器的地址是1001000，主机不断外发’A'~'Z'

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
#include <string.h>
#include "inc/hw_ints.h"
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "inc/hw_gpio.h"
#include "inc/hw_i2c.h"
#include "inc/hw_sysctl.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/pin_map.h"
#include "driverlib/i2c.h"
#include "driverlib/fpu.h"
#include "utils/uartstdio.h"

#define TMP_PIN_I2C_PORT I2C1_BASE
#define TMP_READ_DELAY 600 // fix for I2CMasterBusBusy
#define TMP_I2C_ADDR 0x48 // slave address (1001000)
#define TMP_TEMP_REG 0x0
#define TMP_CONFIG_REG 0x1
#define TMP_LOW_REG 0x2
#define TMP_HIGH_REG 0x3
#define TMP_12 0x60 // 01100000

#define ACK 1

void TMP75Initialize(uint32_t ui32Base, uint8_t ui8SlaveAddr);
void IIC_Start(uint32_t ui32Base);
void IIC_Stop(uint32_t ui32Base);
void IIC_SendACK(uint32_t ui32Base);
void IIC_SendOneByte(uint32_t ui32Base, unsigned char TxValue);
unsigned char IIC_RecvOneByte(uint32_t ui32Base);

void TMP75Initialize(uint32_t ui32Base, uint8_t ui8SlaveAddr)
{
   
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_I2C1);
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);
	GPIOPinTypeI2CSCL(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_6);
	GPIOPinTypeI2C(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_7);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PA6_I2C1SCL);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PA7_I2C1SDA);
	I2CMasterSlaveAddrSet(ui32Base, ui8SlaveAddr, false);//1001000
	I2CMasterInitExpClk(I2C1_BASE, SysCtlClockGet(), true);
}

void IIC_Start(uint32_t ui32Base){
   
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_SEND_START);
}

void IIC_Stop(uint32_t ui32Base){
   
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_SEND_FINISH);
}

void IIC_SendACK(uint32_t ui32Base){
   
	IIC_SendOneByte(ui32Base, ACK);
}

bool IIC_RecvACK_Error(void){
   
	uint32_t i2cErrorState = I2CMasterErr(I2C1_BASE);
	return (i2cErrorState & I2C_MASTER_ERR_ADDR_ACK) ? 0 : 1;
}

void IIC_SendOneByte(uint32_t ui32Base, unsigned char TxValue){
   
	unsigned char i2cWriteBuffer = TxValue;
	uint16_t i2c_read_delay = TMP_READ_DELAY;
	I2CMasterDataPut(ui32Base, i2cWriteBuffer);
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_SEND_CONT);
	while (i2c_read_delay--);
}

unsigned char IIC_RecvOneByte(uint32_t ui32Base){
   
	uint32_t i2cReadBuffer[2];
	uint16_t temp_value;
	uint16_t i2c_read_delay = TMP_READ_DELAY;
	// 从tmp75读取:
	// frame 3:
	I2CMasterSlaveAddrSet(ui32Base, TMP_I2C_ADDR, true);
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_RECEIVE_START);
	// frame 4:
	i2cReadBuffer[0] = I2CMasterDataGet(I2C1_BASE);
	while (i2c_read_delay--);
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_RECEIVE_CONT);
	// frame 5:
	i2cReadBuffer[1] = I2CMasterDataGet(ui32Base);
	I2CMasterControl(ui32Base, I2C_MASTER_CMD_BURST_RECEIVE_FINISH);
	temp_value = i2cReadBuffer[0] | (i2cReadBuffer[1] << 8);
	return temp_value;
}

void main(){
   
	SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_1|SYSCTL_USE_OSC|SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN);
	unsigned char data = 'A';
	while(1){
   
		TMP75Initialize(I2C1_BASE, TMP_I2C_ADDR);
		IIC_SendOneByte(I2C1_BASE, data++);
		if(data == 'Z')
			data = 'A';
		IIC_Start(I2C1_BASE);
		if(IIC_RecvACK_Error() == 0)
			continue;
		IIC_Stop(I2C1_BASE);
	}
}

接示波器

波形展开图

这里我们看到，传输的帧的格式为

按照前面的分析，前面是地址，中间有两位是读和应答位，再往后是数据传送区域，再是一个应答位，然后暂停
而你当然可以把采集到的温度数据发送出去
还是保持链接的文件结构不变
提取码：gxpd

#include <stdint.h> 
#include <stdbool.h> 
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h> 
#include <string.h>
#include "inc/hw_ints.h" 
#include "inc/hw_memmap.h" 
#include "inc/hw_types.h" 
#include "inc/hw_gpio.h" 
#include "inc/hw_i2c.h" 
#include "inc/hw_sysctl.h" 
#include "driverlib/sysctl.h" 
#include "driverlib/systick.h" 
#include "driverlib/gpio.h" 
#include "driverlib/pin_map.h" 
#include "driverlib/i2c.h" 
#include "driverlib/fpu.h" 
#include "utils/uartstdio.h" 
#include "TMP75.h" 
#ifdef DEBUG 
void 
__error__(char *pcFilename, uint32_t ui32Line) 
{
    
} 
#endif 
void ConfigureUART(void) {
    
    SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA); 
    SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0); 
    GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX); 
    GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX);
    GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1); 
    UARTStdioConfig(0, 115200, SysCtlClockGet()); 
} 
void main(void){
    
    volatile float Temp; 
    volatile unsigned char decimal; 
    int Tempvalue; 
    FPULazyStackingEnable(); 
    FPUEnable(); 
    SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_1 | SYSCTL_USE_OSC | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
    ConfigureUART(); 
    UARTprintf("TMP75 Example\n"); 
    TMP75Init();   
    while(1) 
     {
    
        Temp=temp_read(); 
        Tempvalue = (int)Temp; 
        decimal = (int)(Temp * 100) % 100; 
        UARTprintf("Temp = %d",Tempvalue); 
        UARTprintf("."); 
        decimal < 10 ? UARTprintf("%d", 0) : UARTprintf("%d", decimal);
        UARTprintf("\n"); 
        SysCtlDelay(SysCtlClockGet() / 10);           
     } 
}

再看一下示波器的数据

这里看到数据位是0b00011010，换算一下也就是十进制的26，跟我串口里打印的数据的整数位比对一下，如果不吹气的话还是差不多的