《ATK-DFPGL22G之FPGA开发指南_V1.0》第四十章 IIC实验

正点原子

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第四十章 IIC实验

本章将介绍使用APM32E103驱动板载的EEPROM进行读写操作。通过本章的学习，读者将学习到使用GPIO模拟IIC时序以及EEPROM的驱动。
本章分为如下几个小节：
40.1 硬件设计
40.2 程序设计
40.3 下载验证


40.1 硬件设计
40.1.1 例程功能
1. 按下KEY_UP和KEY0按键，分别对24C02进行数据的写入和读取操作，读取到的数据会显示至LCD
2. 可通过USMART对24C02进行读写一字节数据的操作
3. LED0闪烁，指示程序正在运行
40.1.2 硬件资源
1. LED
        LED0 - PB5
2. 按键
        KEY0 - PE4
        KEY_UP - PA0
3. USART1（PA9、PA10连接至板载USB转串口芯片上）
4. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
5. 24C02
        IIC_SCL - PB6
        IIC_SDA - PB7
40.1.3 原理图
本章实验使用了板载的24C02芯片，该芯片是一个EEPROM，MCU是通过两个GPIO与该EEPROM进行连接与通信的，该EEPROM与MCU的连接原理图，如下图所示：

图40.1.3.1 EEPROM与MCU的连接原理图

40.2 程序设计
40.2.1 Geehy标准库的GPIO驱动
本章实验通过控制与EEPROM连接的GPIO模拟IIC时序，实现EEPROM的读写操作，对于GPIO，主要涉及GPIO的配置和读写操作，需要一下几个步骤：
①：配置GPIO引脚为通用输出模式、开漏输出和禁止上拉/下拉
②：在与EEPROM通信时，根据需求控制指定GPIO引脚输出指定电平
③：在与EEPROM通信时，根据需求读取指定GPIO引脚上的输入电平
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置GPIO引脚
请见第10.2.1小节中配置GPIO引脚的相关内容。
②：设置GPIO引脚输出电平
请见第10.2.1小节中设置GPIO引脚输出电平的相关内容。
③：读取GPIO引脚输入电平
请见第11.2.1小节中读取GPIO引脚输入电平的相关内容。
40.2.2 IIC驱动
本章实验使用的IIC的软件模拟的IIC，即控制GPIO模拟IIC的时序与外部器件进行通信。IIC驱动主要负责向EEPROM驱动提供IIC操作的各种函数，例如：IIC起始信号、IIC停止信号等。本章实验中，IIC的驱动代码包括myiic.c和myiic.h两个文件。
IIC驱动中，对GPIO相关的宏定义，如下所示：
/* 引脚定义 */
#define IIC_SCL_GPIO_PORT           GPIOB
#define IIC_SCL_GPIO_PIN            GPIO_PIN_6
#define IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE()   do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOB); }while(0)

#define IIC_SDA_GPIO_PORT           GPIOB
#define IIC_SDA_GPIO_PIN            GPIO_PIN_7
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE()   do{ RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOB); }while(0)

/* IO操作 */
#define IIC_SCL(x)                  do{ x ?                           \
                                        GPIO_SetBit(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN) :           \
                                        GPIO_ResetBit(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN);            \
                                    }while(0)

#define IIC_SDA(x)                  do{ x ?                           \
                                        GPIO_SetBit(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN) :           \
                                        GPIO_ResetBit(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN);            \
                                    }while(0)

#define IIC_SDA_READ                GPIO_ReadInputBit( IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN)
IIC驱动中，IIC的初始化函数，如下所示：
/**
* @brief       初始化IIC
* @param       无
* @retval      无
*/
void iic_init(void)
{
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
   
    /* 使能时钟 */
    IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE();                      /* 使能IIC SCL引脚端口时钟 */
    IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE();                      /* 使能IIC SDA引脚端口时钟 */
   
    /* 配置IIC SCL引脚 */
    gpio_init_struct.pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;        /* IIC SCL引脚 */
    gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_50MHz;      /* 高速 */
    gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_OUT_OD;       /* 开漏输出 */
    GPIO_Config(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  
   
    /* 配置IIC SDA引脚 */
    gpio_init_struct.pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;        /* IIC SDA引脚 */
    gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_50MHz;      /* 高速 */
    gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_OUT_OD;       /* 开漏输出 */
    GPIO_Config(IIC_SDA_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  
   
    iic_stop();                                     /* 停止IIC总线上所有设备 */
}
可以看到，IIC的初始化实际上就是配置IIC时钟与数据信号对应的GPIO引脚。
IIC驱动中对IIC的各种操作，例如产生IIC起始信号、产生IIC停止信号等，请读者结合IIC的时序规定查看本实验的配套实验源码。
40.2.3 EEPROM驱动
本章实验的EEPROM驱动主要负责向应用层提供EEPROM的初始化和读写数据等操作函数。本章实验中，EEPROM的驱动代码包括24cxx.c和24cxx.h两个文件。
EEPROM驱动中，EEPROM的初始化函数，如下所示：
/**
* @brief       初始化AT24CXX
* @param       无
* @retval      无
*/
void at24cxx_init(void)
{
    iic_init();
}
可以看到，该函数实际上就是初始化了与EEPROM通讯的IIC。
EEPROM驱动中的其他对EEPROM的操作函数，例如：EEPROM的读写函数，请读者结合24C02 EEPROM芯片的数据手册查看本实验的配套实验源码。
40.2.4 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：
/* 待写入24C02的数据 */
static const uint8_t g_text_buf[] = {"APM32 IIC TEST"};

/* 待写入24C02数据的长度 */
#define TEXT_SIZE sizeof(g_text_buf)

int main(void)
{
    uint8_t t = 0;
    uint8_t key;
    uint8_t data[TEXT_SIZE];
   
    NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); /* 设置中断优先级分组为组4 */
    sys_apm32_clock_init(15);                        /* 配置系统时钟 */
    delay_init(120);                                 /* 初始化延时功能 */
    usart_init(115200);                              /* 初始化串口 */
    usmart_dev.init(120);                            /* 初始化USMART */
    led_init();                                      /* 初始化LED */
    lcd_init();                                      /* 初始化LCD */
    key_init();                                      /* 初始化按键 */
    at24cxx_init();                                  /* 初始化AT24CXX */
   
    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "APM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "IIC TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY_UP:Write  KEY0:Read", RED);
   
    while (at24cxx_check() != 0)                     /* 检测不到24C02 */
    {
        lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "24C02 Check Failed!", RED);
        delay_ms(500);
        lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Please Check!      ", RED);
        delay_ms(500);
        LED0_TOGGLE();
}
/* 24C02检测正常 */
    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "24C02 Ready!       ", RED);
   
    while (1)
    {
        t++;
        key = key_scan(0);
        
        if (key == WKUP_PRES)                        /* 写入数据 */
        {
            lcd_fill(0, 150, 239, 319, WHITE);
            lcd_show_string( 30, 150, 200, 16, 16,
"Start Write 24C02....",
BLUE);
            at24cxx_write(0, (uint8_t *)g_text_buf, TEXT_SIZE);
            lcd_show_string( 30, 150, 200, 16, 16,
"24C02 Write Finished!",
BLUE);
        }
        else if (key == KEY0_PRES)                   /* 读取数据 */
        {
            lcd_show_string( 30, 150, 200, 16, 16,
"Start Read 24C02.... ",
BLUE);
            at24cxx_read(0, data, TEXT_SIZE);
            lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16,
"The Data Readed Is:  ",
BLUE);
            lcd_show_string(30, 170, 200, 16, 16, (char *)data, BLUE);
        }
        
        if (t == 20)
        {
            LED0_TOGGLE();
            t = 0;
        }
        
        delay_ms(10);
    }
}
从本章实验的应用代码中可以看到，在初始化完EEPROM后，会检测与EEPROM的连接是否正常，若与EEPROM的连接正常，则会不断地等待按键输入，若检测到KEY_UP按键被按下，则会往EEPROM的指定地址中写入指定的数据，若检测到KEY_0按键被按下，则会从EEPROM的指定地址中读取数据，并在LCD上进行显示。
40.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，若MCU与EEPROM的连接无误，则可以在LCD上看到“24C02 Ready!”的提示信息，此时可以按下KEY_UP按键往EEPROM的指定地址写入指定数据，然后再按下KEY_0按键从EEPROM的指定地址将写入的数据读回来在LCD上进行显示，此时便可以看到在LCD上显示了“APM32 IIC TEST”的提示信息，该提示信息就是从EEPROM中读回的数据。