راه‌اندازی ارتباط I2C در STM32

راه‌اندازی ارتباط I2C در STM32 | قسمت 25 آموزش STM32 با توابع LL

دی ۲۷, ۱۴۰۲
ارسال توسط سیاوش

در قسمت قبلی با ADC آشنا شدیم و در آموزش‌های قبلی در مورد پروتکل‌های ارتباط سریال صحبت کردیم. در این قسمت می‌خواهیم در مورد یک پروتکل ارتباط سریال دیگر، یعنی Inter-Integrated Circuit یا همان I2C صحبت کنیم. این پروتکل، همان‌طور که از نام آن مشخص است، برای ارتباط چیپ‌های مختلف به‌کار می‌رود. در I2C تنها از دو سیم برای ارتباط استفاده می‌شود و نسبت به USART سرعت بالاتری دارد (در بعضی IC ها تا 3.4 Mbit/s) اما از پیچیدگی‌های راه‌اندازی بیشتری نیز برخوردار است و برای مسافت‌های خیلی کوتاه مناسب است. در ادامه با جزییات این ارتباط و نحوه راه‌اندازی آن بیشتر آشنا می‌شویم.

با سیسوگ همراه باشید.

: ارتباط I2C.

شکل بالا ارتباط I2C بین یک میکروکنترلر و سه دستگاه دیگر را نشان می‌دهد. همان‌طور که دیده می‌شود، دراین‌ارتباط از یک سیم برای انتقال کلاک (SCL) و یک سیم برای انتقال اطلاعات داده (SDA) استفاده می‌شود. در این شکل میکروکنترلر وظیفه کنترل ارتباط را به عهده دارد و نقش Master را ایفا می‌کند. به همین دلیل کلاک نیز توسط میکرو تأمین می‌شود. هرچند در این شکل تنها یک Master وجود دارد، اما بیش از یک Master نیز می‌تواند وجود داشته باشد. بااین‌حال در هر زمان تنها یک دستگاه کنترل ارتباط را در دست می‌گیرد.

منظور از کنترل ارتباط، انتخاب Slave و همچنین جهت انتقال داده است. همان‌طور که در شکل دیده می‌شود، برای خط SDA از یک مقاومت Pull-up استفاده‌ شده است. درصورتی‌که بیش از Master وجود داشته باشد و یا از Clock stretching استفاده شود، در خط SCL نیز از مقاومت Pull-up استفاده می‌کنیم.

برای شروع ارتباط و تبادل داده، دستگاه Master باید شرط شروع ارتباط را ایجاد کند، سپس آدرس دستگاه موردنظر برای تبادل اطلاعات و همچنین جهت تبادل داده (خواندن یا نوشتن) را بفرستد. پس‌ازاینکه دستگاه Slave بیت تأیید یا ACK را فرستاد. فرستادن یا دریافت اطلاعات شروع می‌شود. برای درک بهتر به شکل زیر توجه کنید:

: نحوه ایجاد ارتباط I2C.

در ادامه به نحوه راه‌اندازی این ارتباط در میان Blue Pill و یک حافظه EEPROM می‌پردازیم.

ایجاد پروژه

در محیط Cube MX مثل گذشته تنظیمات کلاک، دیباگ و همچنین واحد USART1 (برای دیدن نتایج اجرا) را انجام می‌دهیم. سپس واحد I2C1 را مانند شکل زیر تنظیم می‌کنیم:

: تنظیم واحد I2C1.

بعد تنظیمات درایورها بر روی LL کد پروژه را ایجاد می‌کنیم.

نوشتن کد پروژه

در ابتدا کتابخانه‌ها و ثابت‌های مورد نیاز را اضافه می‌کنیم؛

#include "stdbool.h"
#include "stdio.h"

1 2	#include "stdbool.h" #include "stdio.h"

#define X_NOP()		{__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();}
#define Y_NOP()		X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();
#define Z_NOP()		Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();
#define Z2_NOP()	Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();

#define I2C_REQUEST_WRITE                       0x00
#define I2C_REQUEST_READ                        0x01
#define I2C_Slave_Adr														(0xA0)

#define X_NOP() {__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();}

#define Y_NOP() X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();X_NOP();

#define Z_NOP() Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();Y_NOP();

#define Z2_NOP() Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();Z_NOP();

#define I2C_REQUEST_WRITE 0x00

#define I2C_REQUEST_READ 0x01

#define I2C_Slave_Adr (0xA0)

سپس مثل قبل توابع مربوط به ریدایرکت Printf را در این پروژه نیز کپی می‌کنیم و تغییرات لازم را انجام می‌دهیم. حالا باید توابع موردنیاز برای خواندن و نوشتن توسط I2C را بنویسیم؛

	/* Function for transmitting 8bit data via I2C */
void write_i2c(uint8_t Data)
{
	LL_I2C_TransmitData8(I2C1, Data); 
	while(!LL_I2C_IsActiveFlag_TXE(I2C1));
}

/* Function for transmitting 8bit data via I2C */

void write_i2c(uint8_t Data)

{

LL_I2C_TransmitData8(I2C1, Data);

while(!LL_I2C_IsActiveFlag_TXE(I2C1));

}

/* Function for receiving 8bit data via I2C */
uint8_t read_i2c(bool IsAck)
{
	if(!IsAck)
		LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_NACK);
	else
		LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_ACK);
	
	uint8_t Data;
	while(!LL_I2C_IsActiveFlag_RXNE(I2C1));
	Data = LL_I2C_ReceiveData8(I2C1);
	return Data;
}

/* Function for receiving 8bit data via I2C */

uint8_t read_i2c(bool IsAck)

{

if(!IsAck)

LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_NACK);

else

LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_ACK);

uint8_t Data;

while(!LL_I2C_IsActiveFlag_RXNE(I2C1));

Data = LL_I2C_ReceiveData8(I2C1);

return Data;

}

اکنون می‌توانیم با استفاده از این توابع، دو تابع جدید برای نوشتن روی حافظه EEPROM و خواندن از آن، بنویسیم. برای این عمل نیاز به دیتاشیت حافظه‌داریم. زیرا باید از نحوه آدرس‌دهی، تأخیر نوشتن و جزییات دیگر مربوط به حافظه اطلاع داشته باشیم. ما از یک حافظه 265kb با تأخیر نوشتن 5ms استفاده می‌کنیم.

کدهای زیر را قبل از int main می‌نویسیم؛

bool E2Prom_Write(uint16_t adr,uint8_t data)
{
	LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_ACK);
	
	LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1);
	Z_NOP();
	
	LL_I2C_TransmitData8(I2C1, I2C_Slave_Adr | I2C_REQUEST_WRITE);    	// Set Address of the slave, Enable Write mode
  while(!LL_I2C_IsActiveFlag_ADDR(I2C1)) {}; 													// Loop until ADDR flag is raised
  LL_I2C_ClearFlag_ADDR(I2C1);																				// Clear ADDR flag value in ISR register
		
	/// memory address
	write_i2c(adr>>8);
	write_i2c(adr&0xFF);
	
	write_i2c(data);
	LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_NACK);	
	while(!LL_I2C_IsActiveFlag_TXE(I2C1));
	LL_I2C_GenerateStopCondition(I2C1);
		
	return true;
}

bool E2Prom_Write(uint16_t adr,uint8_t data)

{

LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_ACK);

LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1);

Z_NOP();

LL_I2C_TransmitData8(I2C1, I2C_Slave_Adr | I2C_REQUEST_WRITE); // Set Address of the slave, Enable Write mode

while(!LL_I2C_IsActiveFlag_ADDR(I2C1)) {}; // Loop until ADDR flag is raised

LL_I2C_ClearFlag_ADDR(I2C1); // Clear ADDR flag value in ISR register

/// memory address

write_i2c(adr>>8);

write_i2c(adr&0xFF);

write_i2c(data);

LL_I2C_AcknowledgeNextData(I2C1, LL_I2C_NACK);

while(!LL_I2C_IsActiveFlag_TXE(I2C1));

LL_I2C_GenerateStopCondition(I2C1);

return true;

}

		/* Function for reading 8bit data from the specified address in EEPROM via I2C */
uint8_t E2Prom_Read(uint16_t adr)
{
	uint8_t data;
	LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1);
	Z_NOP();
	
	LL_I2C_TransmitData8(I2C1, I2C_Slave_Adr | I2C_REQUEST_WRITE);    	// Set Address of the slave, Enable Write mode
  while(!LL_I2C_IsActiveFlag_ADDR(I2C1)) {}; 													// Loop until ADDR flag is raised
  LL_I2C_ClearFlag_ADDR(I2C1);																				// Clear ADDR flag value in ISR register
		
	/// memory address
	write_i2c(adr>>8);
	write_i2c(adr&0xFF);
			

	LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1);
	Z2_NOP();

	LL_I2C_TransmitData8(I2C1, I2C_Slave_Adr | I2C_REQUEST_READ);    	// Set Address of the slave, Enable Write mode
  while(!LL_I2C_IsActiveFlag_ADDR(I2C1)) {}; 	// Loop until ADDR flag is raised
  LL_I2C_ClearFlag_ADDR(I2C1);								// Clear ADDR flag value in ISR register

		
	data = read_i2c(false);	
	
	LL_I2C_GenerateStopCondition(I2C1);
		
	return data;	
}

/* Function for reading 8bit data from the specified address in EEPROM via I2C */

uint8_t E2Prom_Read(uint16_t adr)

{

uint8_t data;

LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1);

Z_NOP();

LL_I2C_TransmitData8(I2C1, I2C_Slave_Adr | I2C_REQUEST_WRITE); // Set Address of the slave, Enable Write mode

while(!LL_I2C_IsActiveFlag_ADDR(I2C1)) {}; // Loop until ADDR flag is raised

LL_I2C_ClearFlag_ADDR(I2C1); // Clear ADDR flag value in ISR register

/// memory address

write_i2c(adr>>8);

write_i2c(adr&0xFF);

LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1);

Z2_NOP();

LL_I2C_TransmitData8(I2C1, I2C_Slave_Adr | I2C_REQUEST_READ); // Set Address of the slave, Enable Write mode

while(!LL_I2C_IsActiveFlag_ADDR(I2C1)) {}; // Loop until ADDR flag is raised

LL_I2C_ClearFlag_ADDR(I2C1); // Clear ADDR flag value in ISR register

data = read_i2c(false);

LL_I2C_GenerateStopCondition(I2C1);

return data;

}

اکنون می‌توانیم به‌وسیله توابع نوشته‌شده، اطلاعات دلخواهمان را روی حافظه بنویسیم و از آن بخوانیم. قبل از آن، واحد I2C را فعال می‌کنیم و برای دریافت اطلاعات خوانده‌شده متغیرهای موردنیازمان را تعریف می‌کنیم:

	uint8_t buffer1, buffer2;
	LL_I2C_Enable(I2C1);

1 2	uint8_t buffer1, buffer2; LL_I2C_Enable(I2C1);

حالا برای نمونه در آدرس 0000 مقدار 24 و در آدرس 0001 عدد 25 را می‌نویسیم. سپس این دو خانه‌ی حافظه را می‌خوانیم.

		E2Prom_Write(0x0000,0x24);								// write 0x24 to the address 0000 of the EEPROM
		LL_mDelay(5);															// Duration of the EEPROM internal write cycle
		E2Prom_Write(0x0001,0x25);
		LL_mDelay(5);
		buffer1 = E2Prom_Read(0x0000);						// read from the address 0000 of the EEPROM
		LL_mDelay(1);															// Delay needed for each read cycle
		buffer2 = E2Prom_Read(0x0001);
		LL_mDelay(1);

E2Prom_Write(0x0000,0x24); // write 0x24 to the address 0000 of the EEPROM

LL_mDelay(5); // Duration of the EEPROM internal write cycle

E2Prom_Write(0x0001,0x25);

LL_mDelay(5);

buffer1 = E2Prom_Read(0x0000); // read from the address 0000 of the EEPROM

LL_mDelay(1); // Delay needed for each read cycle

buffer2 = E2Prom_Read(0x0001);

LL_mDelay(1);

درستی عملیات نوشتن و خواندن را می‌توانیم در Logic Analyzer بررسی کنیم؛

: سیکل نوشتن.

: سیکل خواندن.

همچنین می‌توانیم برای اطمینان از درست انجام شده عمل نوشتن اطلاعات خوانده شده را توسط USART ارسال کنیم؛

		printf("buffer1 is: %x\r\n", buffer1);	
		printf("buffer2 is: %x\r\n", buffer2);

1 2	printf("buffer1 is: %x\r\n", buffer1); printf("buffer2 is: %x\r\n", buffer2);

در ترمینال سریال می‌بینیم؛

: ترمینال سریال.

لینک این پروژه در گیت‌هاب

8 دیدگاه در “راه‌اندازی ارتباط I2C در STM32 | قسمت 25 آموزش STM32 با توابع LL”

asghar گفت:

شهریور ۹, ۱۴۰۳ در ۱۱:۱۹ ق٫ظ

سلام میشه درباره nop ها بیشتر توضیح بدین؟
تعدادشون مهمه؟
اگه فرکانس کاری میکرو تغییر کنه چی

پاسخ

Zeus ‌ گفت:
دی ۲, ۱۴۰۳ در ۱۰:۱۹ ق٫ظ
سلام دوست عزیز
این nop ها برای ایجاد تاخیر های کوجک استفاده شدن و شما میتونی اونها رو با حلقه ای که وضعیت باس رو چک میکنه جابجا کنی 🙂
و دیگه نگران سرعت میکرو نباشی
پاسخ

محمد ربانی گفت:

شهریور ۲۴, ۱۴۰۲ در ۱:۱۳ ق٫ظ

با عرض سلام و وقت بخیر
آموزش بسیار خوبی ارائه داده اید فقط یک نکته اینکه برای بهبود کیفیت کد می توانید به جای استفاده از وقفه زمانی Z_NOP بعد از خطوط LL_I2C_GenerateStartCondition(I2C1)
از عبارت { } while (!LL_I2C_IsActiveFlag_SB(I2C1))
استفاده نمایید. این را من از چندین منبع متوجه شدم مثل لینک زیر
https://community.st.com/t5/stm32-mcus-products/busy-bus-after-i2c-reading/td-p/327215

پاسخ

Amirmso گفت:

خرداد ۱۹, ۱۴۰۲ در ۳:۰۹ ب٫ظ

سلام
ممنون بابت نوشتن تنها آموزش فارسی توابع LL
من یه سنسور aht10/aht20 رو با توابع Hal راه اندازی کردم… حالا می‌خوام تبدیلش کنم به LL ولی نمی‌دونم چرا کدی که نوشتم به مشکل خورده و اجرا نمیشه…
اگه ممکنه منو راهنمایی کنید.در ادامه کدی که با استفاده از Hal نوشتم رو قرار میدم:
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM16)
{
/* Set every 100ms */
T_100ms = 255;
}
}

void AHT10_GET()
{
if(T_100ms)
{
if(AHT10_Switcher)
{
HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c1, AHT10_ADRESS, (uint8_t*)AHT10_TmpHum_Cmd, 3); /* Send command (trigger measuremetns) + parameters */
}
else
{
HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c1, AHT10_ADRESS, (uint8_t*)AHT10_RX_Data, 6); /* Receive data: STATUS[1]:HIMIDITY[2.5]:TEMPERATURE[2.5] */
}

if(~AHT10_RX_Data[0] & 0x80)
{
/* Convert to Temperature in °C */
AHT10_ADC_Raw = (((uint32_t)AHT10_RX_Data[3] & 15) << 16) | ((uint32_t)AHT10_RX_Data[4] << 8) | AHT10_RX_Data[5];
AHT10_Temperature = (float)(AHT10_ADC_Raw * 200.00 / 1048576.00) – 50.00;

/* Convert to Relative Humidity in % */
AHT10_ADC_Raw = ((uint32_t)AHT10_RX_Data[1] << 12) | ((uint32_t)AHT10_RX_Data[2] <> 4);
AHT10_Humidity = (float)(AHT10_ADC_Raw*100.00/1048576.00);
}

AHT10_Switcher = ~AHT10_Switcher; /* Invert */
//GPIOC->ODR ^= GPIO_ODR_ODR13; /* Green LED */
T_100ms = 0; /* Nulify */
}
}
کد بالا رو تبدیل به کد زیر با استفاده از LL کردم البته از chatgpt هم کمک گرفتم:
#define AHT20_ADDRESS 0x38 << 1
#define AHT20_INIT_CMD 0xBE
#define AHT20_MEASURE_CMD 0xAC
#define AHT20_SOFT_RESET_CMD 0xBA

void AHT20_Init(I2C_TypeDef *I2Cx) {
uint8_t init_cmd[] = {AHT20_INIT_CMD, 0x08, 0x00};
while (LL_I2C_IsActiveFlag_BUSY(I2Cx))
;
LL_I2C_HandleTransfer(I2Cx, AHT20_ADDRESS, LL_I2C_ADDRSLAVE_7BIT, sizeof(init_cmd), LL_I2C_MODE_AUTOEND, LL_I2C_GENERATE_START_WRITE);
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_TXIS(I2Cx))
;
for (uint8_t i = 0; i < sizeof(init_cmd); i++) {
LL_I2C_TransmitData8(I2Cx, init_cmd[i]);
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_TXIS(I2Cx))
;
}
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_STOP(I2Cx))
;
LL_I2C_ClearFlag_STOP(I2Cx);
LL_mDelay(20);
}

void AHT20_SoftReset(I2C_TypeDef *I2Cx) {
uint8_t reset_cmd = AHT20_SOFT_RESET_CMD;
while (LL_I2C_IsActiveFlag_BUSY(I2Cx))
;
LL_I2C_HandleTransfer(I2Cx, AHT20_ADDRESS, LL_I2C_ADDRSLAVE_7BIT, 1, LL_I2C_MODE_AUTOEND, LL_I2C_GENERATE_START_WRITE);
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_TXIS(I2Cx))
;
LL_I2C_TransmitData8(I2Cx, reset_cmd);
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_TXIS(I2Cx))
;
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_STOP(I2Cx))
;
LL_I2C_ClearFlag_STOP(I2Cx);
LL_mDelay(20);
}

void AHT20_TriggerMeasurement(I2C_TypeDef *I2Cx) {
uint8_t measure_cmd[] = {AHT20_MEASURE_CMD, 0x33, 0x00};
while (LL_I2C_IsActiveFlag_BUSY(I2Cx))
;
LL_I2C_HandleTransfer(I2Cx, AHT20_ADDRESS, LL_I2C_ADDRSLAVE_7BIT, sizeof(measure_cmd), LL_I2C_MODE_AUTOEND, LL_I2C_GENERATE_START_WRITE);
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_TXIS(I2Cx))
;
for (uint8_t i = 0; i < sizeof(measure_cmd); i++) {
LL_I2C_TransmitData8(I2Cx, measure_cmd[i]);
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_TXIS(I2Cx))
;
}
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_STOP(I2Cx))
;
LL_I2C_ClearFlag_STOP(I2Cx);
LL_mDelay(80);
}

void AHT20_ReadData(I2C_TypeDef *I2Cx, float *temperature, float *humidity) {
uint8_t data[6];
while (LL_I2C_IsActiveFlag_BUSY(I2Cx))
;
LL_I2C_HandleTransfer(I2Cx, AHT20_ADDRESS, LL_I2C_ADDRSLAVE_7BIT, sizeof(data), LL_I2C_MODE_AUTOEND, LL_I2C_GENERATE_START_READ);
for (uint8_t i = 0; i < sizeof(data); i++) {
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_RXNE(I2Cx))
;
data[i] = LL_I2C_ReceiveData8(I2Cx);
}
while (!LL_I2C_IsActiveFlag_STOP(I2Cx))
;
LL_I2C_ClearFlag_STOP(I2Cx);

uint32_t raw_humidity = ((uint32_t)data[1] << 12) | ((uint32_t)data[2] <> 4);
uint32_t raw_temperature = ((uint32_t)(data[3] & 0x0F) << 16) | ((uint32_t)data[4] << 8) | data[5];

*humidity = (float)raw_humidity * 100 / (1 << 20);
*temperature = (float)raw_temperature * 200 / (1 << 20) – 50;
}
ممنون میشم راهنمایی کنید. واقعا رفرنس خوبی برای LL تو نت نیست…🤯🥵🙏🙏

پاسخ

پوریا گفت:

فروردین ۱۰, ۱۴۰۲ در ۳:۵۸ ب٫ظ

با سلام و تبریک سال نو.
ممنون بابت سایت و مطالب فوق العاده تون _\/_
دوستان کسی میتونه یه توضیح کوتاه در مورد ()define Y_NOP و علت فراخوانیشون قبل وضعیت استارت بده؟

پاسخ