此GPIO模拟I2C代码已在STM8S103K3上测试通过，测试所用下位机为SHT20温湿度传感器。SHT20测量代码请参考其数据手册。此篇Blog只提供GPIO模拟I2C的代码。
文中，假定MCU叫做主机，SHT20叫做从机。
【调试日志】
- @2020-03-15，STM8S–SHT20联调通过
GPIO模拟I2C的函数
底层代码
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GPIO初始化设置
这颗STM8S上，具有真·开漏功能的引脚是PB4和PB5，这两个引脚也正是片上I2C外设的默认引脚。端口设置如下：
- PB4 ：I2C的SCL时钟线，开漏输出模式
- PB5 ：I2C的SDA数据线，开漏输出模式
- SCL和SDA初始化时，推荐选用高阻态输出
/**
* @brief I2C端口初始化
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_GPIO_Init(void)
{
GPIO_Init(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN, GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW);
GPIO_Init(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN, GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW);
I2C_SDA_OUT(1);
I2C_SCL_OUT(1);
}
GPIO输出电平设置，输出/输入方向设置
- 电平设置
/**
* @brief SDA输出电平
* @param value:1=输出高电平 0=输出低电平
* @retval None
*/
void I2C_SDA_OUT(unsigned char value)
{
if(value==1)
GPIO_WriteHigh(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN);
else if(value==0)
GPIO_WriteLow(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN);
}
/**
* @brief SCL输出电平
* @param value:1=输出高电平 0=输出低电平
* @retval None
*/
void I2C_SCL_OUT(unsigned char value)
{
if(value==1)
GPIO_WriteHigh(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN);
else if(value==0)
GPIO_WriteLow(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN);
}
- I2C主机向从机发送一个字节，都会等待从机通过SDA线返回一个“已接收（ACK）”指令。此时主机的SDA应设置为输入，而在其他环节中应该保持开漏输出。而根据不同从机的I2C时序，有时也需要将SCL设置为输入。
/**
* @brief SDA设为输出
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_SDA_SET_OUTPUT(void)
{
GPIO_Init(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN, GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW);
}
/**
* @brief SCL设为输出
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_SCL_SET_OUTPUT(void)
{
GPIO_Init(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN, GPIO_MODE_OUT_OD_HIZ_SLOW);
}
/**
* @brief SDA设为输入
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_SDA_SET_INPUT(void)
{
GPIO_Init(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);
}
/**
* @brief SCL设为输入
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_SCL_SET_INPUT(void)
{
GPIO_Init(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN, GPIO_MODE_IN_FL_NO_IT);
}
GPIO输入检测
既然有了SDA或SCL的输入设置，自然需要有判断输入值的函数。
/**
* @brief SDA输入电平检测
* @param None
* @retval 1=输入为高电平 0=输入为低电平
*/
unsigned char I2C_SDA_IN(void)
{
return (!!GPIO_ReadInputPin(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN));
}
/**
* @brief SCL输入电平检测
* @param None
* @retval 1=输入为高电平 0=输入为低电平
*/
unsigned char I2C_SCL_IN(void)
{
return (!!GPIO_ReadInputPin(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN));
}
模拟I2C代码
包括：
- 起始条件，结束条件
- 回从机ACK，回从机NACK： 用于主机从从机读1字节（此时主从的身份对调）后，还要向其发送请继续（ACK） 或 请停下（NACK） 信号
- 等待从机回ACK： 主机向从机发送1字节后，需要等待从机返回接收到（ACK） ，如果接收到的是 接收到（ACK）
- 从从机读1字节： 完成读1字节后，需要向从机发送请继续（ACK） 或 请停下（NACK） 信号
- 向从机写1细节： 完成写1字节后，需要等待从机返回接收到（ACK） 信号。
起始条件，结束条件
/**
* @brief I2C传输开始
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_START(void)
{
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
I2C_SDA_OUT(1);
I2C_SCL_OUT(1);
Delay_1us(10);/////////////
I2C_SDA_OUT(0);
Delay_1us(10);
I2C_SCL_OUT(0);
Delay_1us(10);
}
/**
* @brief I2C传输结束
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_STOP(void)
{
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
I2C_SDA_OUT(0);
I2C_SCL_OUT(0);
Delay_1us(10);//////////////
I2C_SCL_OUT(1);
Delay_1us(10);
I2C_SDA_OUT(1);
Delay_1us(10);
}
回从机ACK，回从机NACK
/**
* @brief MCU回复IC ACK信号
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_SEND_ACK(void)
{
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
I2C_SDA_OUT(0);
Delay_1us(10);//////////////
I2C_SCL_OUT(1);
Delay_1us(10);
I2C_SCL_OUT(0);
Delay_1us(10);
}
/**
* @brief MCU回复NACK信号
* @param None
* @retval None
*/
void I2C_SEND_NACK(void)
{
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
I2C_SDA_OUT(1);
// Delay_1us(10);///////////////
I2C_SCL_OUT(1);
Delay_1us(10);
I2C_SCL_OUT(0);
Delay_1us(10);
}
从从机读1字节
/**
* @brief I2C MCU接收1字节
* @param ACK_CHOICE: 数据读取后主机如何回复,I2C_ACK=回复ACK I2C_NACK=回复NACK I2C_JUMP_REPLY=跳过回复
* @retval read_data: 接收的字节
*/
unsigned char I2C_READ_BYTE(unsigned char ACK_CHOICE)
{
unsigned char read_data=0;
I2C_SDA_SET_INPUT();
// I2C_SCL_OUT(0);//////////////////
// Delay_1us(10);///////////////////
for(unsigned char i=0x80; i!=0; i>>=1)
{
I2C_SCL_OUT(1);
Delay_1us(10);
if(I2C_SDA_IN() == 1)
read_data |= i;
I2C_SCL_OUT(0);
Delay_1us(10);
}
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
I2C_SDA_OUT(1);//?????????????????
if(ACK_CHOICE==I2C_ACK) I2C_SEND_ACK();
if(ACK_CHOICE==I2C_NACK) I2C_SEND_NACK();
return read_data;
}
向从机写1字节
/**
* @brief I2C MCU发送1字节
* @param send_data: 发送的字节
* @retval ack回复: I2C_NACK=异常=检测到NACK I2C_ACK=正常=检测到ACK
*/
unsigned char I2C_SEND_BYTE(unsigned char send_data)
{
unsigned char ack=I2C_NACK; //初始值
unsigned char time_out=200; //ACK查询次数
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
// I2C_SCL_SET_OUTPUT();
// I2C_SCL_OUT(0);////////////////
// Delay_1us(10);/////////////////////////
for(unsigned char i=0x80; i!=0; i>>=1)
{
if(send_data&i) I2C_SDA_OUT(1);
else I2C_SDA_OUT(0);
I2C_SCL_OUT(1);
Delay_1us(10);
I2C_SCL_OUT(0);
Delay_1us(10);
}
//开始ACK查询
I2C_SDA_SET_INPUT();
I2C_SCL_OUT(1);
while(time_out--)
{
if(I2C_SDA_IN()==1)
ack=I2C_NACK;
else
{
ack=I2C_ACK;
break;
}
Delay_1us(1);
}
I2C_SCL_OUT(0);
I2C_SDA_SET_OUTPUT();
I2C_SDA_OUT(1);//???????????????????
return ack;
}
其他代码
上述全部代码位于i2c.c 源文件中，而下列代码则全部位于i2c.h 头文件。
#ifndef __I2C_H
#define __I2C_H
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
/* Private defines -----------------------------------------------------------*/
#define I2C_PORT GPIOB
#define I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_5
#define I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_4
#define I2C_ACK 0 //用于接收：SDA=L=从机有回复 用于发送：回复从机ACK
#define I2C_NACK 1 //用于接收：SDA=H=从机未回复 用于发送：回复从机ACK
#define I2C_JUMP_REPLY 2 //调试用
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void I2C_GPIO_Init(void);
void I2C_SDA_SET_OUTPUT(void);
void I2C_SCL_SET_OUTPUT(void);
void I2C_SDA_SET_INPUT(void);
void I2C_SCL_SET_INPUT(void);
void I2C_SDA_OUT(unsigned char value);
void I2C_SCL_OUT(unsigned char value);
unsigned char I2C_SDA_IN(void);
unsigned char I2C_SCL_IN(void);
void I2C_START(void);
void I2C_STOP(void);
void I2C_SEND_ACK(void);
void I2C_SEND_NACK(void);
unsigned char I2C_READ_BYTE(unsigned char ACK_CHOICE);
unsigned char I2C_SEND_BYTE(unsigned char send_data);
#endif