SWM341 I2C 接口应用

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cathy 发布于:周五, 11/24/2023 - 16:34 ,关键词:

01、I2C 简介

物理连接

1.png

I2C总线由时钟线SCL、数据线SDA两根线构成,连接在其上的设备分为主机和从机两种,I2C上的通信全部由主机发起。

I2C设备对总线的输出采用开漏输出结构,即它只有在总线和GND之间的NMOS管,没有总线和VDD之间的PMOS管。输出0时通过开启NMOS管将总线与GND短接;输出1时无法像推挽输出那样开启PMOS管将总线与VDD短接,而是只能通过关闭NMOS从而由外接的上拉电阻将总线拉到高电平。

由于上拉电阻阻值一般比较大(10K欧姆),因此如果此时有其他I2C设备输出0,总线会被拉到低电平。只有当总线上的所有设备都不输出0时,总线才是高电平;只要有一个设备输出0,总线就是低电平,这也就是所谓的“线与”。这是I2C总线应答与多主机通信的基础。

协议格式

2.png

0、空闲时总线上所有设备都不驱动总线,即都不开启NMOS管,总线由外部上拉电阻拉到高电平。

1、I2C上的通信全部由主机发起,主机通过发送起始位启动传输,起始位由SCL为高时SDA线上的下降沿产生。

2、起始位后面跟7位地址和1位读写方向指示(0表示主机向从机写入,1表示主机从从机读取),主机发送完这8位后停止驱动总线,总线由外部上拉电阻拉到高电平,被寻址的从机输出0将总线拉低。主机检测到这个低电平,就知道从机可以相应主机请求,可以进行数据传输。

3、数据传输阶段,若R/W=0,则主机发送数据,从机发送响应;若R/W=1,则从机发送数据,主机发送响应,每传输一个字节数据,后面都跟一个响应位。

4、数据传输完成后,主机发送停止位终止传输,终止位由SCL为高时SDA线上的上升沿产生。

5、由于SCL为高时,SDA的上升沿、下降沿均有特殊含义,因此I2C中数据传输时,SDA只在SCL为低时变化,在SCL为高时保持不变。即发送方在SCL为低时改变SDA状态,接收方在SCL上升沿读取SDA状态。

02、SWM341 I2C 接口

功能框图

3.png

SWM341 I2C 的核心是一个双向移位寄存器,发送时,数据通过TXDATA寄存器写入移位寄存器,然后按位移除到SDA引脚;接收时,将SDA引脚状态移入移位寄存器,通过RXDATA寄存器读出。

移位寄存器的移位节拍来自内部I2C时钟分频器(主机模式下)或SCL引脚(从机模式下),主机模式下时钟分频器产生的时钟同时输出到SCL引脚,驱动总线上的I2C从机的移位寄存器。

使用示例:读写 EEPROM AT24C024

int main(void)

{

         uint32_t i;

         uint8_t ack;


         SystemInit();

         SerialInit();

         I2CMstInit();


         while(1==1)

         {

              /*************** EEPROM Write ***************/  

              ack = I2C_Start(I2C0, (SLV_ADDR << 1) | 0, 1);

              if(ack == 0)

         {

                     printf("Slave send NACK for address\r\n");

                     goto nextloop;

          }


          ack = I2C_Write(I2C0, MEM_ADDR, 1);

          if(ack == 0)

         {

                    printf("Slave send NACK for memory address\r\n");

                    goto nextloop;

          }


         for(i = 0; i < 4; i++)

         {

                    ack = I2C_Write(I2C0, txbuff[i], 1);

                    if(ack == 0)

                    {

                            printf("Slave send NACK for data\r\n");

                            goto nextloop;

                     }

          }


          I2C_Stop(I2C0, 1);


          printf("Master Write %X %X %X %X @ %X\r\n", txbuff[0], txbuff[1], txbuff[2], txbuff[3], MEM_ADDR);



          for(i = 0; i < 1000000; i++) __NOP(); // 延时等待内部写入操作完成



          /*************** EEPROM Read ***************/

          ack = I2C_Start(I2C0, (SLV_ADDR << 1) | 0, 1);

          if(ack == 0)

          {

                   printf("Slave send NACK for address\r\n");

                   goto nextloop;

           }


           ack = I2C_Write(I2C0, MEM_ADDR, 1);

           if(ack == 0)

          {

                    printf("Slave send NACK for memory address\r\n");

                    goto nextloop;

          }


          for(i = 0; i < CyclesPerUs; i++) __NOP(); // 不加此延时,系统主频高于 100MHz 时,re-start 发不出来


           ack = I2C_Start(I2C0, (SLV_ADDR << 1) | 1, 1);

           if(ack == 0)

           {

                     printf("Slave send NACK for address\r\n");

                     goto nextloop;

           }


           for(i = 0; i < 3; i++)

           {

                      rxbuff[i] = I2C_Read(I2C0, 1, 1);

           }

           rxbuff[i] = I2C_Read(I2C0, 0, 1);

 

           printf("Master Read %X %X %X %X @ %X\r\n", rxbuff[0], rxbuff[1], rxbuff[2], rxbuff[3], MEM_ADDR);


           if((txbuff[0] == rxbuff[0]) && (txbuff[1] == rxbuff[1]) && (txbuff[2] == rxbuff[2]) && (txbuff[3] == rxbuff[3]))

                  printf("Success\r\n");

           else

                  printf("Fail\r\n");


nextloop:

           I2C_Stop(I2C0, 1);

           for(i = 0; i < SystemCoreClock/3; i++) __NOP();

      }

}

I2C_Start()的参数是7位从机地址和读写方向选择位,调用该函数在I2C总线上产生起始位,然后发送地址和方向位,读取从机响应位ACK并返回。执行该函数后需要检查返回的从机响应ack,若有从机相应,则继续后续读写操作;若没有从机相应,则打印调试信息然跳转到程序末尾。

EEPROM AT24C02 的 Page Write 帧格式如下:

4.png

设备地址后,需要发送要将数据写入EEPROM的位置(Word Address),然后再发送要写入的数据。程序中首先执行 I2C_Write(I2C0, MEM_ADDR, 1) 发送数据在EEPROM中的存储位置,然后执行 I2C_Write(I2C0, txbuff[i], 1) 将要写入 EEPROM的数据逐个发出。最后执行 I2C_Stop(I2C0, 1) 在总线上产生停止条件,终止数据传输。

需要注意的是,以上操作只是将要写入EEPROM的数据通过I2C接口写入EEPROM内部缓存中,EEPROM还需要一定时间将缓存中的数据写入实际存储介质中。若此时立即读取EEPROM,读取到的依然会是写入之前的数据。查手册可知,AT24C02 的写入时间大概 5ms。

AT24C02 的读取操作与上述的写入操作类似,唯一不同的是,在读取操作中,响应ACK由主机发送、从机检查,I2C_Read()调用中需要给出本次读取后响应ACK还是NAK(即不响应,不在ACK位时将SDA拉低)。在读取前面的数据时,需要响应ACK,以通知从机准备好后续数据;读取最后一个数据时,最好响应NAK,通知从机主机不再需要后续数据。

来源:华芯微特32位MCU

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