BÀI 12: I2C VỚI STM32F1.

1. Một số khái niệm về lý thuyết.

I2C – Inter- Intergrated Circuit là chuẩn truyền thông 2 dây gồm 1 dây Clock và 1 dây Data dùng chung cho quá trình truyền nhận được phát minh bởi Philips. Chuẩn I2C cũng trở nên thông dụng với nhiều module, IC sử dụng như :IC nhớ(24LCxxx), cảm biến góc nghiêng(MPU6050), module giao tiếp LCD(dùng IC PCF8574), IC thời gian thực(DS1307), IC chuyển đổi tín hiệu số, tương tự… So với UART tốc độ của I2C có vẻ nhỉnh hơn 1 chút, ở mức thông thường là 100Khz. Ở mode còn lại thì tốc độ cao hơn. Khi giao tiếp I2C với 1 IC nào đó cần chú ý : địa chỉ của Ic đó để giao tiếp, giao tiếp với tốc độ bao nhiêu, bao nhiêu bit.



STM32F103C8T6 có 2 bộ chuyển đổi I2C với tốc độ tối đa lên đến 400Kh ở mode Fm và 100khz ở mode sm. Các bộ I2C còn được hỗ trợ chức năng DMA giúp đẩy nhanh tốc độ giao tiếp với ngoại vi. Một số tính năng được tóm tắt như sau:

• Có thể lập trình là Master hay Slave.
• Đối với Master: tạo ra xung clock và tạo ra tín hiệu start, stop.
• Đối với Slave : lập trình được địa chỉ của thiết bị I2C, chế độ kiểm tra bit stop.
• Số địa chỉ được sinh ra cũng như được kiểm tra là 7 bit hoặc 10 bit.
• Hỗ trợ 2 chuẩn tốc độ là 100khz và 400 Khz.
• Có bộ lọc nhiễu Analog.
• Tích hợp mode DMA.
• Có các cờ báo trạng thái : nhận, truyền, kết thúc chuyển đổi, báo lỗi…
• Có các ngắt như: ngắt buffer truyền, nhận; ngắt sự kiện, ngắt báo lỗi.

Quá trình truyền data tùy thuộc vào mode cấu hình của I2C là master hoặc là slave, ở chế độ 10 bit địa chỉ hay 7 bit địa chỉ, truyền theo cách 1 hay cách 2. Dưới đây là ví dụ về cấu hình I2C ở mode master, truyền 7 bit địa chỉ và truyền theo cách 1:



Tóm tắt quá trình truyền như sau: Đầu tiên bộ I2C sẽ tạo ra tín hiệu start -> kiểm tra EV5 – tương ứng code sẽ là kiểm tra có cài đặt mode master hay chưa(BUSY, MSL, SB ) -> nếu có, gửi địa chỉ và hướng truyền -> kiểm tra EV8 – tương ứng kiểm tra đã cài đặt mode master hay chưa(BUSY, MSL, ADDR, TXE, TRA) -> nếu có gửi data đến thiết bị slave với địa chỉ truyền ở trên -> kiểm tra EV8_2 – tương ứng code là kiểm tra data đã truyền xong chưa(TRA, BUSY, MSL, TXE, BTF) - > đợi truyền xong, bộ I2C sẽ tạo ra tín hiệu kết thúc.

Trên đây là tóm lược ý theo hiểu biết của mình, quá trình truyền, nhận các bạn có thể tham khảo trong reference manual, mục I2C – function description.

2. Cấu hình sử dụng thư viện chuẩn.

Vd: ghi kí tự "GIAO TIEP I2C" lên LCD 16X2 thông qua mạch chuyển giao tiếp LCD(dùng IC PCF8574) sử dụng I2C2 với thông số như sau: địa chỉ 7 bit, clock 100000, mode FM, duty cycle/2. Đây là ví dụ minh họa rõ nhất để thấy được giao thức giao tiếp I2C.

Sơ đồ kết nối :


1. Chương trình con cấu hình I2C.

2. Chương trình con write data xuống PCF8574 thông qua I2C.

3. Chương trình con khởi động LCD thông qua I2C.

4. Chương trình ghi thông số cài đặt lên LCD16x2.

5. Chương trình con ghi data lên LCD16x2.

6. Chương trình thực thi trong main.


Lưu ý: Địa chỉ I2C slave của IC PCF8574 là 0x7A. Quá trình giao tiếp với LCD16x2 qua IC PCF8574 cũng gần giống như sử dụng các chân VĐK điều khiển trực tiếp LCD16x2 bao gồm ghi thông số cài đặt và ghi data.

3. Một vài thanh ghi quan trọng.

1. I2C_CR1 – I2C control register 1.

• ACK : cho phép nhận hoặc không nhận tín hiệu ACK return từ thiết bị được truyền.
• STOP : sinh ra tín hiệu stop kết thúc quá trình giao tiếp.
• START : sinh ra tín hiệu start để bắt đầu quá trình giao tiếp.
• PE: peripheral enable - bit này được bật lên bằng 1 khi quá trình giao tiếp I2C đang được thực hiện và kết thúc khi có tín hiện end communication.
2. I2C_CR1 – I2C control register 1.

• ITBUFEN : cho phép hoặc không cho phép xảy ra ngắt khi có data trong truyền/nhận.
• ITEVTEN : cho phép ngắt khi xảy ra các sự kiện sau trên các bit sau: SB, ADDR, ADD10, STOPF, BTF , TxE, RxE.
• ITERREN : cho phép hoặc không cho phép xảy ra ngắt khi có lỗi xảy ra.
• FREQ[5:0] : bộ chia clock tần số được tính từ nhánh clock hệ thống chia cho bộ I2C.
3. I2C_OAR1 – I2C own address register 1.

• ADDMODE : cài đặt số bit địa chỉ của slave là 7 hay 10 bit.
• ADD[9:8] : chỉ sử dụng khi mode địa chỉ là 10 bit.
• ADD[7:1] : bit địa chỉ của thiết bị slave.
• ADD0 : chỉ sử dụng khi mode địa chỉ là 10 bit.
4. I2C_DR – I2C data register.


Thanh ghi này gồm 8 bit, chứa data của quá trình truyền hoặc nhận.

5. I2C_SR1 – I2C status register 1.


Thanh ghi này chứa các cờ báo trạng thái của quá trình giao tiếp I2C:

• TIME OUT: báo hết thời gian đợi quá trình truyền nhận data.
• PECERR: chấp nhận lỗi PCE và phản hồi lại quá trình tín hiệu lỗi.
• OVR : báo quá trình overrun/ underrun.
• AF: báo tín hiệu ACK bị lỗi hay không.
• TxE : báo buffer truyền có trống hay không.
• RxE : báo buffer nhận có trống hay không.
• STOPF : cờ báo có kiểm tra quá trình stop hay không.
• BTF: báo truyền byte dữ liệu đã xong hay chưa.
• ADDR: báo địa chỉ đã được gửi(mode master) hay không tương thích (mode slave).
• SB: Có sử dụng bit start hay không.
6. I2C_CCR – I2C clock control register.

• F/S : sử dụng mode Fast(400khz) hay slow(100Khz).
• DUTY: chỉ sử dụng cho mode fast với 2 chế độ .
• CCR[11:0] : thanh ghi chứa clock control cho bộ , công thức chia tham khảo thêm trong reference manual.

4. Bài tập.

1. Ghi kí tự "GIAO TIEP I2C" lên LCD 16X2 thông qua mạch chuyển giao tiếp LCD(dùng IC PCF8574) sử dụng I2C2 với thông số như sau: địa chỉ 7 bit, clock 100000, mode FM, duty cycle/2.
2. Đọc ghi data lên IC nhớ 24LC04B/SN(EEPROM) 4kbit (cần có phần cứng bên ngoài để giao tiếp). IC này sử dụng giao thức I2C.

Link tải chương trình bài tập 1