RT-Thread设备框架使用指南——I2C总线设备简介.doc
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1、RT-Thread设备框架使用指南I2C总线设备简介I2C 简介I2C(Inter Integrated Circuit)总线是 PHILIPS 公司开发的一种半双工、双向二线制同步串行总线。I2C 总线传输数据时只需两根信号线,一根是双向数据线 SDA(serial data),另一根是双向时钟线 SCL(serial clock)。SPI 总线有两根线分别用于主从设备之间接收数据和发送数据,而 I2C 总线只使用一根线进行数据收发。I2C 和 SPI 一样以主从的方式工作,不同于 SPI 一主多从的结构,它允许同时有多个主设备存在,每个连接到总线上的器件都有唯一的地址,主设备启动数据传输并
2、产生时钟信号,从设备被主设备寻址,同一时刻只允许有一个主设备。如下图所示:I2C 总线主从设备连接方式如下图所示为 I2C 总线主要的数据传输格式:I2C 总线数据传输格式当总线空闲时,SDA 和 SCL 都处于高电平状态,当主机要和某个从机通讯时,会先发送一个开始信号,然后发送从机地址和读写控制位,接下来传输数据(主机发送或者接收数据),数据传输结束时主机会发送结束信号。传输的每个字节为8位,高位在前,低位在后。数据传输过程中的不同名词详解如下所示:开始条件:SCL 为高电平时,主机将 SDA 拉低,表示数据传输即将开始。从机地址:主机发送的第一个字节为从机地址,高 7 位为地址,最低位为
3、R/W 读写控制位,1 表示读操作,0 表示写操作。一般从机地址有 7 位地址模式和 10 位地址模式两种,如果是 10 位地址模式,第一个字节的头 7 位 是 11110XX 的组合,其中最后两位(XX)是 10 位地址的两个最高位,第二个字节为 10 位从机地址的剩下8位,如下图所示:7 位地址和 10 位地址格式应答信号:每传输完成一个字节的数据,接收方就需要回复一个 ACK(acknowledge)。写数据时由从机发送 ACK,读数据时由主机发送 ACK。当主机读到最后一个字节数据时,可发送 NACK(Negative Acknowledgement)然后跟停止条件。数据:地址帧发送完
4、后可能会发送一些指令,依从机而定,然后开始传输数据,由主机或者从机发送,每个数据为 8 位,数据的字节数没有限制。重复开始条件:在一次通信过程中,主机可能需要和不同的从机传输数据或者需要切换读写操作时,主机可以再发送一个开始条件。停止条件:在 SDA 为低电平时,主机将 SCL 拉高并保持高电平,然后在将 SDA 拉高,表示传输结束。访问 I2C 总线设备一般情况下 MCU 的 I2C 器件都是作为主机和从机通讯,在 RT-Thread 中将 I2C 主机虚拟为 I2C总线设备,I2C 从机通过 I2C 设备接口和 I2C 总线通讯,相关接口如下所示:查找 I2C 总线设备在使用 I2C 总线
5、设备前需要根据 I2C 总线设备名称获取设备句柄,进而才可以操作 I2C 总线设备,查找设备函数如下所示,1rt_device_trt_device_find(constchar*name);1#defineAHT10_I2C_BUS_NAMEi2c1/*传感器连接的I2C总线设备名称*/2structrt_i2c_bus_device*i2c_bus;/*I2C总线设备句柄*/34/*查找I2C总线设备,获取I2C总线设备句柄*/5i2c_bus=(structrt_i2c_bus_device*)rt_device_find(name);一般情况下,注册到系统的 I2C 设备名称为 i2c
6、0 ,i2c1等,使用示例如下所示:数据传输获取到 I2C 总线设备句柄就可以使用 rt_i2c_transfer() 进行数据传输。函数原型如下所示:1rt_size_trt_i2c_transfer(structrt_i2c_bus_device*bus,2structrt_i2c_msgmsgs,3rt_uint32_tnum);和 SPI 总线的自定义传输接口一样,I2C 总线的自定义传输接口传输的数据也是以一个消息为单位。参数 msgs 指向待传输的消息数组,用户可以自定义每条消息的内容,实现 I2C 总线所支持的 2 种不同的数据传输模式。如果主设备需要发送重复开始信号,则需要发送
7、 2 个消息。I2C 消息数据结构原型如下:1structrt_i2c_msg23rt_uint16_taddr;/*从机地址*/4rt_uint16_tflags;/*读、写标志等*/5rt_uint16_tlen;/*读写数据字节数*/6rt_uint8_t*buf;/*读写数据缓冲区指针*/7从机地址 addr:支持 7 位和 10 位二进制地址,需查看不同设备的数据手册 。RT-Thread I2C 设备接口使用的从机地址均为不包含读写位的地址,读写位控制需修改标志 flags。标志 flags 可取值为以下宏定义,根据需要可以与其他宏使用位运算 “|” 组合起来使用。1#define
8、RT_I2C_WR0x0000/*写标志*/2#defineRT_I2C_RD(1u寄存器数据*/ 9staticrt_err_tread_regs(structrt_i2c_bus_device*bus,rt_uint8_tlen,rt_uint8_t*buf)1011structrt_i2c_msgmsgs;1213msgs.addr=AHT10_ADDR;/*从机地址*/14msgs.flags=RT_I2C_RD;/*读标志*/15msgs.buf=buf;/*读写数据缓冲区指针*/16msgs.len=len;/*读写数据字节数*/1718/*调用I2C设备接口传输数据*/19if(
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