驱动之SPI,UART,I2C的介绍与应用20170118
这篇文章主要介绍基本的驱动也是用的最多的协议类驱动中的SPI,I2C和UART。首先从最简单的UART也就是串口讲起:
1.UART
UART由两根线也就是TX,RX以及波特率产生器组成，操作比较简单，配置好后，就可以发送接收数据了，注意有的MCU需要接收数据时清除某些标记。如:
2.SPI
SPI一般有三根线组成即CLK,MOSI,MISO,数据输入和输出是单独的一根线。一般的操作都是先发控制指令，再发地址，接着才是数据。例:
3.I2C
I2C一般由两根线组成，即SDA,SCL，一根时钟线，一根数据线。关于I2C相关的开始信号，响应信号，停止信号时序见后面附录图片，这些信号一般都是通用封装好的，封装函数见附件(IO口模拟I2C)。
下面重点介绍I2C的使用操作，一般通信步骤是开始信号，从机地址+读或写标记，等待回应，发送数据，等待回应（接收数据，发送回应(最后一次接收则不发回应)），停止信号，代码示例:
最后，再总结与强调一下
SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别：
1,字面意思上：
SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口);
I2C(INTER IC BUS)
UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器)
2.各总线的信号线：
SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现 多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。
I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。一根数据线上传输的一条报文包括：开始信号+设备地址+命令+数据+(ACK)+停止信号
UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；
总结：I2C线更少，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电阻，抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。
个人学习笔记附录:
代码附件:
/*****************************************************************************
* Copyright (C) 2014-2015 China Aerospace Telecommunications Ltd. All rights reserved.
------------------------------------------------------------------------------
* File Module : PT810 dev_I2C.c
* Description : I2C Drive operation center
* Created : 2016.10.13.
* Author : Yu Weifeng
* Function List :
* Last Modified :
* History :
******************************************************************************/
#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "CBasicTools.h"
#include "Config.h"
#include "dev_LightDistanceSensor.h"
#include "core_CM4.h"
#include "ucos_ii.h" static void I2C_DevConfig(void);
static void I2C_Start();
static void I2C_SendByte(u8 i_ucData);
static u8 I2C_ReadByte(u8 i_ucAck);
static u8 I2C_WaitAck();
static void I2C_Stop(); static T_I2C_DevManage g_tI2C_Dev ={
.name="I2C_Dev",
.DevConfig =I2C_DevConfig,
.DevI2C_Start =I2C_Start,
.DevI2C_SendByte =I2C_SendByte,
.DevI2C_ReadByte =I2C_ReadByte,
.DevI2C_WaitAck =I2C_WaitAck,
.DevI2C_Stop =I2C_Stop,
};
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;} //PB9输出模式 /*****************************************************************************
-Fuction : I2C_DevInit
-Description : I2C_DevInit
-Input :
-Output :
-Return : True/False
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
void I2C_DevInit()
{
RegisterI2C_Dev(&g_tI2C_Dev);
} /*****************************************************************************
-Fuction : DelayUs
-Description : DelayUs
-Input :
-Output :
-Return : True/False
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void DelayUs(u8 i_ucTime)
{
u16 wTime = *i_ucTime;
while(wTime--);
}
//延时nus
//nus:要延时的us数.
//nus:0~190887435(最大值即2^32/fac_us@fac_us=22.5)
void delay_us(u32 nus)
{
u32 ticks;
u32 told,tnow,tcnt=;
u32 reload=SysTick->LOAD; //LOAD的值
ticks=nus*; //系统时钟晶振为84M晶振
OSSchedLock(); //阻止OS调度，防止打断us延时
told=SysTick->VAL; //刚进入时的计数器值
while()
{
tnow=SysTick->VAL;
if(tnow!=told)
{
if(tnow<told)tcnt+=told-tnow; //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
else tcnt+=reload-tnow+told;
told=tnow;
if(tcnt>=ticks)break; //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
}
};
OSSchedUnlock(); //恢复OS调度
} /*****************************************************************************
-Fuction : I2C_SDA_SET
-Description : I2C_SDA_SET
-Input :
-Output :
-Return : True/False
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static u8 I2C_SDA_SET(u8 i_ucSetValue)
{
u8 ret=FALSE;
if(GPIO_PIN_SET==i_ucSetValue)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET); //对应引脚PB
ret=TRUE;
}
else if(GPIO_PIN_RESET==i_ucSetValue)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET); //对应引脚PB
ret=TRUE;
}
else
{
ret=FALSE;
DebugPrintf(ERR"I2C_SDA_SET format err\r\n");
}
return ret;
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_SDA_READ
-Description : I2C_SDA_READ
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static u8 I2C_SDA_READ()
{
u8 ret=;
ret=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_9);
return ret;
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_SCL_SET
-Description : I2C_SCL_SET
-Input :
-Output :
-Return : True/False
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static u8 I2C_SCL_SET(u8 i_ucSetValue)
{
u8 ret=FALSE;
if(GPIO_PIN_SET==i_ucSetValue)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET); //对应引脚PB
ret=TRUE;
}
else if(GPIO_PIN_RESET==i_ucSetValue)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET); //对应引脚PB
ret=TRUE;
}
else
{
ret=FALSE;
DebugPrintf(ERR"I2C_SCL_SET format err\r\n");
}
return ret;
} /*****************************************************************************
-Fuction : I2C_DevConfig
-Description : I2C_DevConfig
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void I2C_DevConfig(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure; __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //使能GPIOH时钟 //PB8,9初始化设置
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure); I2C_SDA_SET();
I2C_SCL_SET();
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_Start
-Description : I2C_Start//产生IIC起始信号
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/09/23 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void I2C_Start()
{
SDA_OUT(); //sda线输出
I2C_SDA_SET();
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
I2C_SDA_SET();//START:when CLK is high,DATA change form high to low
DelayUs();
I2C_SCL_SET();//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_Stop
-Description : I2C_Stop//产生IIC起始信号
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/09/23 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void I2C_Stop()
{
SDA_OUT();//sda线输出
I2C_SCL_SET();
I2C_SDA_SET();//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
I2C_SDA_SET();//发送I2C总线结束信号
DelayUs();
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_AckGenerate
-Description : I2C_AckGenerate////产生ACK应答
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void I2C_AckGenerate()
{
I2C_SCL_SET();
SDA_OUT();
I2C_SDA_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_AckGenerate
-Description : I2C_AckGenerate//////不产生ACK应答
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void I2C_AckNoGenerate()
{
I2C_SCL_SET();
SDA_OUT();
I2C_SDA_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_SendByte
-Description : I2C_SendByte////
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static void I2C_SendByte(u8 i_ucData)
{
u8 c;
SDA_OUT();
I2C_SCL_SET();//拉低时钟开始数据传输
for(c=;c<;c++)
{
I2C_SDA_SET((i_ucData&0x80)>>);
i_ucData<<=;
DelayUs(); //对TEA5767这三个延时都是必须的
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
}
}
/*****************************************************************************
-Fuction : I2C_OnDev
-Description : I2C_OnDev
//等待应答信号到来
//返回值：0，接收应答失败
// 1，接收应答成功 -Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/09/23 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static u8 I2C_WaitAck()
{
u8 ucErrTime=;
u8 ret=FALSE;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
I2C_SDA_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
while(I2C_SDA_READ())
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>)
{
I2C_Stop();
ret=FALSE;
return ret;
}
}
I2C_SCL_SET();//时钟输出0
ret=TRUE;
return ret;
} /*****************************************************************************
-Fuction : I2C_ReadByte
-Description : I2C_ReadByte////
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
-Input :
-Output :
-Return :
* Modify Date Version Author Modification
* -----------------------------------------------
* 2016/10/13 V1.0.0 Yu Weifeng Created
******************************************************************************/
static u8 I2C_ReadByte(u8 i_ucAck)
{
u8 c;
u8 ucReceive=;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(c=;c<;c++ )
{
I2C_SCL_SET();
DelayUs();
I2C_SCL_SET();
ucReceive<<=;
if(I2C_SDA_READ())
ucReceive++;
DelayUs();
}
if (!i_ucAck)
I2C_AckNoGenerate();//发送nACK
else
I2C_AckGenerate(); //发送ACK
return ucReceive;
}
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