39. I2C实验

一、IIC协议详解

1、ALPHA开发板上有个AP3216C，这是一个IIC接口的器件，这是一个环境光传感器。AP3216C连接到了I2C1上:
I2C1_SCL: 使用的是UART4_TXD这个IO，复用位ALT2
I2C1_SDA: 使用的是UART4_RXD这个IO。复用为ALT2

2、I2C分为SCL和SDA，这两个必须要接上拉电阻到VCC，比如3.3V，一般是4.7K上拉电阻。
3、I2C总线支持多从机，通过从机地址来区分访问哪个从机。

二、6ULL I2C接口详解

1、6UL的I2C频率标准模式100kbit/S，快速模式400Kbit/S
2、时钟源选择perclk_clk_root=ipg_clk_root=66MHz
3、IFDR寄存器设置I2C频率，bit5:0设置频分值，假如我们现在需要100kbit的速率，那么66000000/100000=660。经过查找IC位设置位0X38或0X15的时候，为640分频，66000000/640=103.125Kbit.
4、I2CR寄存器，bit7为I2C使能位，置1使能I2C。bit5为主从模式选择位，为0表示从机，为1表示主机。Bit4为发送/接收设置位，为0的时候是接收，为1的时候是发送
5、I2SR寄存器，bit7为传输完成位，为0表示正在发送，为1表示发送完成。Bit5是I2C忙闲位，为0的时候I2C总线空闲，为1的时候I2C总线忙。Bit0是读确认位，也就是ACK信号
6、I2DR寄存器，数据寄存器。

三、AP3216C简介

1、AP3216C是一个三合一的环境光传感器，ALS+PS+IRLED，ALS是环境光，PS是接近传感器，IR是红外LED灯。I2C接口，最高400Kbit/S的频率。
2、环境光，ALS是16位输出。
3、接近传感器PS，10bit输出。IR传感器也是10bit
4、AP3216C的从机地址位0X1E。
5、0X0A是IR Ddata low。Bit7为0的时候表示IR和PS数据有效，为1的时候IR和PS数据无效。Bit1:0是IR的低2位。
6、0X0B是IR Data high，big7：0是高字节。与0X0A一起组成10bit的数据。
7、0X0C和0X0D分别位ALS的低8位和高8位。
8、0X0E的bit3:0是低4位数据，0X0F的bit5:0是高6位数据。加起来就是10位
9、0X00是系统配置寄存器，bit2:0设置AP3216C开始那些传感器，我们需要设置位011，也就是0x3，表示开始ALS+PS+IR。

四、实验程序编写

//bsp_i2c.c

#include "bsp_i2c.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "stdio.h"/** @description     : 初始化I2C，波特率100KHZ* @param - base    : 要初始化的IIC设置* @return          : 无*/
void i2c_init(I2C_Type *base)
{/* 1、配置I2C */base->I2CR &= ~(1 << 7); /* 要访问I2C的寄存器，首先需要先关闭I2C *//* 设置波特率为100K* I2C的时钟源来源于IPG_CLK_ROOT=66Mhz* IC2 时钟 = PERCLK_ROOT/dividison(IFDR寄存器)* 设置寄存器IFDR,IFDR寄存器参考IMX6UL参考手册P1260页，表29-3，* 根据表29-3里面的值，挑选出一个还是的分频数，比如本例程我们* 设置I2C的波特率为100K， 因此当分频值=66000000/100000=660.* 在表29-3里面查找，没有660这个值，但是有640，因此就用640,* 即寄存器IFDR的IC位设置为0X15*/base->IFDR = 0X15 << 0;/** 设置寄存器I2CR，开启I2C* bit[7] : 1 使能I2C,I2CR寄存器其他位其作用之前，此位必须最先置1*/base->I2CR |= (1<<7);
}/** @description         : 发送重新开始信号* @param - base        : 要使用的IIC* @param - addrss      : 设备地址* @param - direction   : 方向* @return              : 0 正常 其他值 出错*/
unsigned char i2c_master_repeated_start(I2C_Type *base, unsigned char address,  enum i2c_direction direction)
{/* I2C忙并且工作在从模式,跳出 */if(base->I2SR & (1 << 5) && (((base->I2CR) & (1 << 5)) == 0))       return 1;/** 设置寄存器I2CR* bit[4]: 1 发送* bit[2]: 1 产生重新开始信号*/base->I2CR |=  (1 << 4) | (1 << 2);/** 设置寄存器I2DR* bit[7:0] : 要发送的数据，这里写入从设备地址*            参考资料:IMX6UL参考手册P1249*/ base->I2DR = ((unsigned int)address << 1) | ((direction == kI2C_Read)? 1 : 0);return 0;
}/** @description         : 发送开始信号* @param - base        : 要使用的IIC* @param - addrss      : 设备地址* @param - direction   : 方向* @return              : 0 正常 其他值 出错*/
unsigned char i2c_master_start(I2C_Type *base, unsigned char address,  enum i2c_direction direction)
{if(base->I2SR & (1 << 5))           /* I2C忙 */return 1;/** 设置寄存器I2CR* bit[5]: 1 主模式* bit[4]: 1 发送*/base->I2CR |=  (1 << 5) | (1 << 4);/** 设置寄存器I2DR* bit[7:0] : 要发送的数据，这里写入从设备地址*            参考资料:IMX6UL参考手册P1249*/ base->I2DR = ((unsigned int)address << 1) | ((direction == kI2C_Read)? 1 : 0);return 0;
}/** @description     : 检查并清除错误* @param - base    : 要使用的IIC* @param - status  : 状态* @return          : 状态结果*/
unsigned char i2c_check_and_clear_error(I2C_Type *base, unsigned int status)
{/* 检查是否发生仲裁丢失错误 */if(status & (1<<4)){base->I2SR &= ~(1<<4);      /* 清除仲裁丢失错误位            */base->I2CR &= ~(1 << 7);    /* 先关闭I2C               */base->I2CR |= (1 << 7);     /* 重新打开I2C              */return I2C_STATUS_ARBITRATIONLOST;} else if(status & (1 << 0))      /* 没有接收到从机的应答信号 */{return I2C_STATUS_NAK;      /* 返回NAK(No acknowledge) */}return I2C_STATUS_OK;
}/** @description     : 停止信号* @param - base    : 要使用的IIC* @param           : 无* @return          : 状态结果*/
unsigned char i2c_master_stop(I2C_Type *base)
{unsigned short timeout = 0xffff;/** 清除I2CR的bit[5:3]这三位*/base->I2CR &= ~((1 << 5) | (1 << 4) | (1 << 3));/* 等待忙结束 */while((base->I2SR & (1 << 5))){timeout--;if(timeout == 0)    /* 超时跳出 */return I2C_STATUS_TIMEOUT;}return I2C_STATUS_OK;
}/** @description     : 发送数据* @param - base    : 要使用的IIC* @param - buf     : 要发送的数据* @param - size    : 要发送的数据大小* @param - flags   : 标志* @return          : 无*/
void i2c_master_write(I2C_Type *base, const unsigned char *buf, unsigned int size)
{/* 等待传输完成 */while(!(base->I2SR & (1 << 7))); base->I2SR &= ~(1 << 1);    /* 清除标志位 */base->I2CR |= 1 << 4;       /* 发送数据 */while(size--){base->I2DR = *buf++;    /* 将buf中的数据写入到I2DR寄存器 */while(!(base->I2SR & (1 << 1)));    /* 等待传输完成 */    base->I2SR &= ~(1 << 1);            /* 清除标志位 *//* 检查ACK */if(i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR))break;}base->I2SR &= ~(1 << 1);i2c_master_stop(base);  /* 发送停止信号 */
}/** @description     : 读取数据* @param - base    : 要使用的IIC* @param - buf     : 读取到数据* @param - size    : 要读取的数据大小* @return          : 无*/
void i2c_master_read(I2C_Type *base, unsigned char *buf, unsigned int size)
{volatile uint8_t dummy = 0;dummy++;    /* 防止编译报错 *//* 等待传输完成 */while(!(base->I2SR & (1 << 7))); base->I2SR &= ~(1 << 1);                /* 清除中断挂起位 */base->I2CR &= ~((1 << 4) | (1 << 3));   /* 接收数据 *//* 如果只接收一个字节数据的话发送NACK信号 */if(size == 1)base->I2CR |= (1 << 3);dummy = base->I2DR; /* 假读 */while(size--){while(!(base->I2SR & (1 << 1)));    /* 等待传输完成 */    base->I2SR &= ~(1 << 1);            /* 清除标志位 */if(size == 0){i2c_master_stop(base);          /* 发送停止信号 */}if(size == 1){base->I2CR |= (1 << 3);}*buf++ = base->I2DR;}
}/** @description : I2C数据传输，包括读和写* @param - base: 要使用的IIC* @param - xfer: 传输结构体* @return      : 传输结果,0 成功，其他值 失败;*/
unsigned char i2c_master_transfer(I2C_Type *base, struct i2c_transfer *xfer)
{unsigned char ret = 0;enum i2c_direction direction = xfer->direction;    base->I2SR &= ~((1 << 1) | (1 << 4));           /* 清除标志位 *//* 等待传输完成 */while(!((base->I2SR >> 7) & 0X1)){}; /* 如果是读的话，要先发送寄存器地址，所以要先将方向改为写 */if ((xfer->subaddressSize > 0) && (xfer->direction == kI2C_Read)){direction = kI2C_Write;}ret = i2c_master_start(base, xfer->slaveAddress, direction); /* 发送开始信号 */if(ret){   return ret;}while(!(base->I2SR & (1 << 1))){};          /* 等待传输完成 */ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);  /* 检查是否出现传输错误 */if(ret){i2c_master_stop(base);                      /* 发送出错，发送停止信号 */return ret;}/* 发送寄存器地址 */if(xfer->subaddressSize){do{base->I2SR &= ~(1 << 1);            /* 清除标志位 */xfer->subaddressSize--;             /* 地址长度减一 */base->I2DR =  ((xfer->subaddress) >> (8 * xfer->subaddressSize)); //向I2DR寄存器写入子地址while(!(base->I2SR & (1 << 1)));    /* 等待传输完成 *//* 检查是否有错误发生 */ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);if(ret){i2c_master_stop(base);              /* 发送停止信号 */return ret;}  } while ((xfer->subaddressSize > 0) && (ret == I2C_STATUS_OK));if(xfer->direction == kI2C_Read)        /* 读取数据 */{base->I2SR &= ~(1 << 1);            /* 清除中断挂起位 */i2c_master_repeated_start(base, xfer->slaveAddress, kI2C_Read); /* 发送重复开始信号和从机地址 */while(!(base->I2SR & (1 << 1))){};/* 等待传输完成 *//* 检查是否有错误发生 */ret = i2c_check_and_clear_error(base, base->I2SR);if(ret){ret = I2C_STATUS_ADDRNAK;i2c_master_stop(base);      /* 发送停止信号 */return ret;  }}}   /* 发送数据 */if ((xfer->direction == kI2C_Write) && (xfer->dataSize > 0)){i2c_master_write(base, xfer->data, xfer->dataSize);}/* 读取数据 */if ((xfer->direction == kI2C_Read) && (xfer->dataSize > 0)){i2c_master_read(base, xfer->data, xfer->dataSize);}return 0;   
}

//bsp_i2c.h

#ifndef _BSP_I2C_H
#define _BSP_I2C_H
#include "imx6ul.h"/* 相关宏定义 */
#define I2C_STATUS_OK               (0)
#define I2C_STATUS_BUSY             (1)
#define I2C_STATUS_IDLE             (2)
#define I2C_STATUS_NAK              (3)
#define I2C_STATUS_ARBITRATIONLOST  (4)
#define I2C_STATUS_TIMEOUT          (5)
#define I2C_STATUS_ADDRNAK          (6)/** I2C方向枚举类型*/
enum i2c_direction
{kI2C_Write = 0x0,       /* 主机向从机写数据 */kI2C_Read = 0x1,        /* 主机从从机读数据 */
} ;/** 主机传输结构体*/
struct i2c_transfer
{unsigned char slaveAddress;         /* 7位从机地址           */enum i2c_direction direction;       /* 传输方向             */unsigned int subaddress;            /* 寄存器地址            */unsigned char subaddressSize;       /* 寄存器地址长度          */unsigned char *volatile data;       /* 数据缓冲区            */volatile unsigned int dataSize;     /* 数据缓冲区长度          */
};/**函数声明*/
void i2c_init(I2C_Type *base);
unsigned char i2c_master_start(I2C_Type *base, unsigned char address, enum i2c_direction direction);
unsigned char i2c_master_repeated_start(I2C_Type *base, unsigned char address,  enum i2c_direction direction);
unsigned char i2c_check_and_clear_error(I2C_Type *base, unsigned int status);
unsigned char i2c_master_stop(I2C_Type *base);
void i2c_master_write(I2C_Type *base, const unsigned char *buf, unsigned int size);
void i2c_master_read(I2C_Type *base, unsigned char *buf, unsigned int size);
unsigned char i2c_master_transfer(I2C_Type *base, struct i2c_transfer *xfer);#endif

//bsp_ap3216c.c

#include "bsp_ap3216c.h"
#include "bsp_i2c.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "cc.h"
#include "stdio.h"/** @description : 初始化AP3216C* @param       : 无* @return      : 0 成功，其他值 错误代码*/
unsigned char ap3216c_init(void)
{unsigned char data = 0;/* 1、IO初始化，配置I2C IO属性   * I2C1_SCL -> UART4_TXD* I2C1_SDA -> UART4_RXD*/IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 1);IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 1);/* *bit 16:0 HYS关闭*bit [15:14]: 1 默认47K上拉*bit [13]: 1 pull功能*bit [12]: 1 pull/keeper使能 *bit [11]: 0 关闭开路输出*bit [7:6]: 10 速度100Mhz*bit [5:3]: 110 驱动能力为R0/6*bit [0]: 1 高转换率*/IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_TX_DATA_I2C1_SCL, 0x70B0);IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART4_RX_DATA_I2C1_SDA, 0X70B0);i2c_init(I2C1);     /* 初始化I2C1 *//* 2、初始化AP3216C */ap3216c_writeonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_SYSTEMCONG, 0X04);   /* 复位AP3216C            */delayms(50);                                                    /* AP33216C复位至少10ms */ap3216c_writeonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_SYSTEMCONG, 0X03);   /* 开启ALS、PS+IR          */data = ap3216c_readonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_SYSTEMCONG);   /* 读取刚刚写进去的0X03 */if(data == 0X03)return 0;   /* AP3216C正常    */else return 1;   /* AP3216C失败    */
}/** @description : 向AP3216C写入数据* @param - addr: 设备地址* @param - reg : 要写入的寄存器* @param - data: 要写入的数据* @return      : 操作结果*/
unsigned char ap3216c_writeonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg, unsigned char data)
{unsigned char status=0;unsigned char writedata=data;struct i2c_transfer masterXfer;/* 配置I2C xfer结构体 */masterXfer.slaveAddress = addr;             /* 设备地址                 */masterXfer.direction = kI2C_Write;          /* 写入数据                 */masterXfer.subaddress = reg;                /* 要写入的寄存器地址            */masterXfer.subaddressSize = 1;              /* 地址长度一个字节             */masterXfer.data = &writedata;               /* 要写入的数据               */masterXfer.dataSize = 1;                    /* 写入数据长度1个字节           */if(i2c_master_transfer(I2C1, &masterXfer))status=1;return status;
}/** @description : 从AP3216C读取一个字节的数据* @param - addr: 设备地址* @param - reg : 要读取的寄存器* @return      : 读取到的数据。*/
unsigned char ap3216c_readonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg)
{unsigned char val=0;struct i2c_transfer masterXfer; masterXfer.slaveAddress = addr;             /* 设备地址                 */masterXfer.direction = kI2C_Read;           /* 读取数据                 */masterXfer.subaddress = reg;                /* 要读取的寄存器地址            */masterXfer.subaddressSize = 1;              /* 地址长度一个字节             */masterXfer.data = &val;                     /* 接收数据缓冲区              */masterXfer.dataSize = 1;                    /* 读取数据长度1个字节           */i2c_master_transfer(I2C1, &masterXfer);return val;
}/** @description : 读取AP3216C的数据，读取原始数据，包括ALS,PS和IR, 注意！*              : 如果同时打开ALS,IR+PS的话两次数据读取的时间间隔要大于112.5ms* @param - ir  : ir数据* @param - ps  : ps数据* @param - ps  : als数据 * @return      : 无。*/
void ap3216c_readdata(unsigned short *ir, unsigned short *ps, unsigned short *als)
{unsigned char buf[6];unsigned char i;/* 循环读取所有传感器数据 */for(i = 0; i < 6; i++)  {buf[i] = ap3216c_readonebyte(AP3216C_ADDR, AP3216C_IRDATALOW + i);  }if(buf[0] & 0X80)   /* IR_OF位为1,则数据无效 */*ir = 0;                    else                /* 读取IR传感器的数据           */*ir = ((unsigned short)buf[1] << 2) | (buf[0] & 0X03);          *als = ((unsigned short)buf[3] << 8) | buf[2];  /* 读取ALS传感器的数据           */  if(buf[4] & 0x40)   /* IR_OF位为1,则数据无效           */*ps = 0;                                                        else                /* 读取PS传感器的数据    */*ps = ((unsigned short)(buf[5] & 0X3F) << 4) | (buf[4] & 0X0F);     
}

//bsp_ap3216c.h

#ifndef _BSP_AP3216C_H
#define _BSP_AP3216C_H
#include "imx6ul.h"#define AP3216C_ADDR        0X1E    /* AP3216C器件地址 *//* AP3316C寄存器 */
#define AP3216C_SYSTEMCONG  0x00    /* 配置寄存器            */
#define AP3216C_INTSTATUS   0X01    /* 中断状态寄存器          */
#define AP3216C_INTCLEAR    0X02    /* 中断清除寄存器          */
#define AP3216C_IRDATALOW   0x0A    /* IR数据低字节          */
#define AP3216C_IRDATAHIGH  0x0B    /* IR数据高字节          */
#define AP3216C_ALSDATALOW  0x0C    /* ALS数据低字节         */
#define AP3216C_ALSDATAHIGH 0X0D    /* ALS数据高字节         */
#define AP3216C_PSDATALOW   0X0E    /* PS数据低字节          */
#define AP3216C_PSDATAHIGH  0X0F    /* PS数据高字节          *//* 函数声明 */
unsigned char ap3216c_init(void);
unsigned char ap3216c_readonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg);
unsigned char ap3216c_writeonebyte(unsigned char addr,unsigned char reg, unsigned char data);
void ap3216c_readdata(unsigned short *ir, unsigned short *ps, unsigned short *als);#endif

//main.c

/**************************************************************
描述     : I.MX6U开发板裸机实验18 IIC实验
其他     : IIC是最常用的接口，ZERO开发板上有多个IIC外设，本实验就来学习如何驱动I.MX6U的IIC接口，并且通过IIC接口读取板载AP3216C的数据值。
**************************************************************/
#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_lcd.h"
#include "bsp_rtc.h"
#include "bsp_ap3216c.h"
#include "stdio.h"/** @description : main函数* @param       : 无* @return      : 无*/
int main(void)
{unsigned short ir, als, ps;unsigned char state = OFF;int_init();                 /* 初始化中断(一定要最先调用！) */imx6u_clkinit();            /* 初始化系统时钟          */delay_init();               /* 初始化延时            */clk_enable();               /* 使能所有的时钟          */led_init();                 /* 初始化led           */beep_init();                /* 初始化beep          */uart_init();                /* 初始化串口，波特率115200 */lcd_init();                 /* 初始化LCD           */tftlcd_dev.forecolor = LCD_RED; lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, (char*)"ZERO-IMX6U IIC TEST");  lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, (char*)"AP3216C TEST");  lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, (char*)"ATOM@ALIENTEK");  lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, (char*)"2019/3/26");  while(ap3216c_init())       /* 检测不到AP3216C */{lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, (char*)"AP3216C Check Failed!");delayms(500);lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, (char*)"Please Check!        ");delayms(500);}   lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, (char*)"AP3216C Ready!");  lcd_show_string(30, 160, 200, 16, 16, (char*)" IR:");    lcd_show_string(30, 180, 200, 16, 16, (char*)" PS:");   lcd_show_string(30, 200, 200, 16, 16, (char*)"ALS:");   tftlcd_dev.forecolor = LCD_BLUE;    while(1)                    {ap3216c_readdata(&ir, &ps, &als);       /* 读取数据         */lcd_shownum(30 + 32, 160, ir, 5, 16);   /* 显示IR数据       */lcd_shownum(30 + 32, 180, ps, 5, 16);   /* 显示PS数据       */lcd_shownum(30 + 32, 200, als, 5, 16);  /* 显示ALS数据  */ delayms(120);state = !state;led_switch(LED0,state); }return 0;
}