I2C接口簡介
I2C接口是由數據線SDA和時鐘線SCL構成，在標準模式下通信速度可達到100kHz，快速模式下則可以達到400kHz，增強快速模式可達到1MHz。一幀數據傳輸從開始信號開始，在結束信號後停止，在收到開始信號後總線被認為是繁忙的，當收到結束信號後，總線被認為再次空閑。I2C接口具有主機和從機模式、多主機功能、可編程建立和保持時間、時鐘延展功能、DMA存取數據、支持SMBus 2.0協議等特點。
圖1. I2C1框圖
I2C1可透過配置CRM中PICLKS寄存器的I2C1SEL位，時鐘來源可選擇來自SYSCLK、PCLK和HICK，並且支持從Deepsleep mode喚醒，I2C1有模擬濾波器，可以濾掉50ns內的噪聲。
圖2. I2C2、I2C3框圖
I2C2/I2C3時鐘來源為PCLK，不支持Deepsleep mode喚醒並且沒有模擬濾波器。
I2C接口通信
主機通信流程
一、主機通信初始化
1. 主機時鐘初始化
在啟動外設(I2CEN)之前，必須先設置I2Cx_CLKCTRL寄存器的各個位用以配置I2C主時鐘。
― DIV[7：0]：I2C時鐘分頻；
― SDAD[3：0]：數據保持時間（tHD;DAT）
― SCLD[3：0]：數據建立時間（tSU;DAT）
― SCLH[7：0]：SCL高電平時間
― SCLL[7：0]：SCL低電平時間
該寄存器的配置可以使用
Artery_I2C_Timing_Configuration時鐘配置工具計算，見第三章節。
低電平控制：當檢測到SCL總線為低電平時，內部SCLL計數器開始計數，當計數值達到SCLL值時，釋放SCL線，SCL線變為高電平。
高電平控制：當檢測到SCL總線為高電平時，內部SCLH計數器開始計數，當計數值達到SCLH值時，拉低SCL線，SCL線變為低電平，當在高電平期間，如果被外部總線拉低，那麼內部SCLH計數器停止計數，並開始低電平計數，這為時鐘同步提供了條件。
圖3. 主機時鐘的產生
2. 主機通信初始化
在啟動通訊前須先設定I2C_CTRL2寄存器中的幾項參數：
1) 設置傳輸字節數
- ≤255字節
- 配置I2C_CTRL2的RLDEN=0，關閉重載模式
- 配置I2C_CTRL2的CNT[7:0]=N
- ＞255字節
- 配置I2C_CTRL2的RLDEN=1，使能重載模式
- 配置I2C_CTRL2的CNT[7:0]=255
- 剩餘傳輸字節數N=N-255
2) 設置傳輸結束模式
- ASTOPEN=0：軟件結束模式，當數據傳輸完成後，I2C_STS的TDC標志置1，軟件設置GENSTOP=1或者GENSTART=1，發送STOP條件或者START條件。
- ASTOPEN=1：自動結束模式，當數據傳輸完成後，自動發送STOP條件。
3) 設置從機地址
- 設置尋址的從機地址值（I2C_CTRL2的SADDR）
- 設置從機地址模式（I2C_CTRL2的ADDR10）
- ADDR10=0：7位地址模式
- ADDR10=1：10位地址模式
4) 設置傳輸方向（I2C_CTRL2的DIR）
- DIR=0：主機接收數據
- DIR=1：主機發送數據
5) 開始傳輸
設置I2C_CTRL2的GENSTART=1，主機開始在總線上發送START條件和從機地址。
3. 主機10bits尋址的特殊時序初始化
在10位地址傳輸模式下，I2C_CTRL2的READH10用於產生特殊時序，當READH10=1時，支持如下傳輸序：主機先發送數據給從機，然後再從從機讀取數據，傳輸時序圖如下圖所示：
圖4. 10位地址的讀訪問READH10=1
主機在軟件結束模式（ASTOPEN=0）下，發送數據到從機，當數據發送完成後設置READH10=1，然後再從從機接收數據。
圖5. 10位地址的讀訪問READH10=0
二、主機通信初始化軟件接口
主機通信初始化所用到的軟件接口通過獨立的函數接口實現，如下：
i2c_init函數三個參數分別為：所使用的I2C、數字濾波值和主機時鐘配置值。
i2c_transmit_set函數用於初始化通信參數，包括：所使用的I2C、從機地址、傳輸字節數、停止條件產生模式和起始條件產生模式。
i2c_addr10_mode_enable函數用於使能10位地址模式。
i2c_addr10_header_enable函數用於使能10位地址頭讀取時序，即主機發送完整的10位從機地址讀序列或主機隻發送10位地址的前7位。
三、主機發送流程
1) I2C_TXDT數據寄存器為空，I2C_STS的TDIS=1；
2) 向TXDT數據寄存器寫入數據，數據開始發送；
3) 重復1、2步驟直到發送CNT[7:0]個數據；
4) 如果此時I2C_STS的TCRLD=1（重載模式），分為以下兩種情況：
- 剩餘字節數N>255：向CNT寫入255，N=N-255，TCRLD被自動清0，傳輸繼續；
- 剩餘字節數N≤255：關閉重載模式（RLDEN=0），向CNT寫入N，TCRLD被自動清0，傳輸繼續。
5) 結束時序
- 停止條件產生：
- 軟件結束模式（ASTOPEN=0）：此時I2C_STS的TDC置1，設置GENSTOP=1產生STOP條件；
- 自動結束模式（ASTOPEN=1）：自動產生STOP條件。
- 等待產生STOP條件，當STOP條件產生時，I2C_STS的STOPF置1，將I2C_CLR的STOPC寫1，清除STOPF標志，傳輸結束。
圖6. I2C主機發送流程圖
圖7. I2C主機發送時序圖
四、主機發送流程軟件接口
主機發送通過獨立的函數接口實現，如下：
i2c_master_transmit函數為i2c_application.c文件所提供的應用層接口函數，參數包括：I2C結構體指針、從機地址、發送數據指針、發送數據字節數和函數超時時間。
註：此函數為Artery所提供的標準主機發送函數。用戶也可根據前述主機發送流程，自行編寫主機發送函數。
五、主機接收流程
1) 當收到數據後，RDBF=1，讀取RXDT數據寄存器，RDBF被自動清零；
2) 重復步驟2直到接收CNT[7:0]個數據；
3) 如果此時I2C_STS的TCRLD=1（重載模式），分為以下兩種情況：
- 剩餘字節數N>255：向CNT寫入255，N=N-255，TCRLD被自動清0，傳輸繼續；
- 剩餘字節數N≤255：關閉重載模式（RLDEN=0），向CNT寫入N，TCRLD被自動清0，傳輸繼續。
4) 當在接收到最後一個字節時，主機會自動發送一個NACK。
5) 結束時序
- 停止條件產生：
- 軟件結束模式（ASTOPEN=0）：此時I2C_STS的TDC置1，設置GENSTOP=1產生STOP條件；
- 自動結束模式（ASTOPEN=1）：自動產生STOP條件。
- 等待產生STOP條件，當STOP條件產生時，I2C_STS的STOPF置1，將I2C_CLR的STOPC寫1，清除STOPF標志，傳輸結束。
圖8. I2C主機接收流程圖
圖9. I2C主機接收時序圖
六、主機接收流程軟件接口
主機接收通過獨立的函數接口實現，如下：
i2c_master_receive函數為i2c_application.c文件所提供的應用層接口函數，參數包括：I2C結構體指針、從機地址、接收數據指針、接收數據字節數和函數超時時間。
註：此函數為Artery所提供的標準主機接收函數。用戶也可根據前述主機接收流程，自行編寫主機接收函數。
從機通信流程
一、從機通信初始化
1. 從機地址配置
每個I2C從設備可同時支持2個從設備地址，由OADDR1和OADDR2指定
I2C_OADDR1
- 通過ADDR1EN使能
- 通過ADDR1MODE配置為7位（默認）或10位地址
I2C_OADDR2
- 通過ADDR2EN使能
- 固定7位地址模式
- 可通過ADDR2MASK[2:0]來在進行地址匹配比較時屏蔽掉0~7個LSB地址位
- ADDR2MASK=0表示7位地址中的每一位都要參與匹配比較
- ADDR2MASK=7表示任何非保留地址的7位地址都會被該從設備應答
2. 從機地址匹配
當I2C啟用的地址選中匹配時，ADDRF中斷狀態標志會被置1，如果ADDRIEN位為1，就會產生一個中斷。如果兩個從地址都使能，在地址匹配產生ADDR中斷時，可以查看狀態寄存器中的ADDR[6:0]來得知是OADDR1還是OADDR2被尋址了。
3. 從機字節控制模式（通常SMBus模式下才使用）
從設備可以對每個收到的字節進行應答控制。
所需配置：SCTRL=1&RLDEN=1&STRETCH=0&CNT≥1
從機字節控制流程：
1) 每收到一個字節TCRLD置位，時鐘延展於第8和第9個脈沖之間
2) 軟件讀取RXDT中的值，並決定是否置位ACK
3) 軟件重裝載CNT=1來停止時鐘延展
4) 應答或非應答信號在第9個脈沖時刻出現在總線上
註意：
置位SCTRL時，必須開啟時鐘延展，即STRETCH=0
CNT可以是大於1的值，來實現多個字節以自動ACK接收完畢後再啟動應答控制，從設備發送時推薦關閉SCTRL，此時無需字節應答控制。
二、從機通信初始化軟件接口
從機通信初始化所用到的軟件接口通過獨立的函數接口實現，如下：
i2c_own_address1_set函數用於配置OADDR1地址模式以及ADDR1地址值。
i2c_own_address2_set函數用於配置ADDR2地址值以及ADDR2屏蔽位。
i2c_own_address2_enable函數用於使能ADDR2地址。
i2c_slave_data_ctrl_enable函數用於使能從機字節控制模式。
i2c_clock_stretch_enable函數用於使能從機時鐘延展功能。
i2c_reload_enable函數用於使能發送數據重載模式。
三、從機發送流程
1) 響應主機地址，匹配時回復ACK；
2) TXDT為空時，置位TDIS，從設備寫入發送數據；
3) 每發送一個字節會收到ACK，且置位TDIS；
4) 如果收到NACK位：
- 置位NACKF，產生中斷；
- 從設備自動釋放SCL和SDA（以便主設備發送STOP或RESTART）；
5) 如果收到STOP位：
- 置位STOPF，產生中斷；
當從機發送開啟時鐘延展（STRETCH=0）時，在等待ADDRF標志時和發送前一個數據的第9個時鐘脈沖後，會把TXDT中的數據拷貝到移位寄存器中，如果此時TDIS還是置位，表示TXDT沒有寫進待發送數據，將發生時鐘延展，如下流程圖：
圖10. I2C從機發送流程圖
需要註意的是，在時鐘延展關閉（STRETCH=1）的情況下，如果在將要傳輸數據的第一個Bit位開始發送之前，也就是SDA邊沿產生之前，如果數據還未寫入TXDT數據寄存器，那麼會發生欠載錯誤，此時I2C_STS的OUF將會置1，並將0xFF發送到總線。
為了能及時的寫入數據，可以在通信開始前，先將數據寫入到DT寄存器：軟件先將TDBE置1，目的是為了清空TXDT寄存器的數據，然後將第一個數據寫入TXDT寄存器，此時TDBE清零。
圖11. I2C從機發送時序圖
四、從機發送流程軟件接口
從機發送通過獨立的函數接口實現，如下：
i2c_slave_transmit函數為i2c_application.c文件所提供的應用層接口函數，參數包括：I2C結構體指針、發送數據指針、發送數據字節數和函數超時時間。
註：此函數為Artery所提供的標準從機發送函數。用戶也可根據前述從機發送流程，自行編寫從機發送函數。
五、從機接收流程
1) 當收到數據後，RDBF=1，讀取RXDT數據寄存器，RDBF被自動清零；
2) 重復步驟2直到所有數據接收完成；
3) 等待收到STOP條件，當收到STOP條件時，I2C_STS的STOPF置1，將I2C_CLR的STOPC寫1，清除STOPF標志，傳輸結束。
圖12. I2C從機接收流程圖
圖13. I2C從機接收時序圖
六、從機接收流程軟件接口
從機接收通過獨立的函數接口實現，如下：
i2c_slave_receive函數為i2c_application.c文件所提供的應用層接口函數，參數包括：I2C結構體指針、接收數據指針、接收數據字節數和函數超時時間。
註：此函數為Artery所提供的標準從機接收函數。用戶也可根據前述從機接收流程，自行編寫從機接收函數。
喚醒深睡眠模式
F423上有3個I2C，其中隻有I2C1支持在被尋址到時將系統從深睡眠模式（DEEPSLEEP）喚醒。使用此功能的配置步驟：
1) 使能I2C喚醒深睡眠模式功能（I2C1_CTRL1的WAKEUPEN位置1）
2) 數字濾波器值設置為0（I2C1_CTRL1的DFLT位設為0）
3) 開啟時鐘延展模式（I2C1_CTRL1的STRETCH位設為0）
4) I2C時鐘選擇HICK（CRM_MISC2的I2C1SEL位）
關於F423喚醒深睡眠模式更多詳細信息請參考《
AN0163_AT32F423_PWC_Application_Note》
I2C配置工具
功能簡介
I2C配置工具
Artery_I2C_Timing_Configuration.exe可以實現對主機和從機的時鐘、數字濾波、模擬濾波配置。
資源準備
1) 軟件環境
Artery_I2C_Timing_Configuration.exe
圖14. Artery I2C Timing Configuration
使用步驟
1) 選擇芯片型號
選擇當前使用的芯片型號，例如可以選擇AT32F423。
2) 選擇設備模式
- Master：主模式，I2C作為主機；
- Slave：從模式，I2C作為從機。
3) 選擇I2C速度模式
- Standard-mode：標準模式，范圍0~100kHz；
- Fast-mode：快速模式，范圍0~400kHz；
- Fast-mode Plus：增強快速模式，范圍0~1000kHz。
4) 設置I2C速度（單位kHz）
根據實際需求設置I2C通信速度，例如需要通信速度為10kHz，那麼這裡設置為10。
5) 設置I2C時鐘源頻率（單位kHz）
根據實際使用的I2C時鐘源頻率來配置，例如AT32F423 I2C時鐘源為PCLK1，當AT32F423主頻為96MHz，APB1為96MHz時，這裡設置為96000。
6) 模擬濾波使能
- On：打開；
- Off：關閉。
模擬濾波使能後，將過濾50ns以下的脈沖。
7) 數字濾波（范圍0~15）
數字濾波時間=數字濾波值x TI2C_CLK；
其中TI2C_CLK=1/I2C時鐘源頻率。
當值為0時，數字濾波關閉，當值>0時將過濾小於數字濾波時間的脈沖。
8) 上升時間（tr單位ns）
SCL和SDA總線的上升沿，如圖18所示。I2C協議中規定了在標準模式（Standard-mode）、快速模式（Fast-mode）、增強快速模式（Fast-mode Plus）下的范圍，詳情請參照表1。上升時間和上拉電阻的阻值關系很大，上拉電阻越小，上升時間越短，可以支持的通信速度就越快，但是功耗也越高。
表2中給出了一些常用上拉電阻阻值所對應的上升沿時間，實際可能會因為總線掛的設備數量、佈線等差異而有所不同，僅供參考。
9) 下降時間（tf單位ns）
SCL和SDA總線的下降沿，如圖18所示。I2C協議中規定了在標準模式（Standard-mode）、快速模式（Fast-mode）、增強快速模式（Fast-mode Plus）下的范圍，詳情請參照表1。
圖15. 上升沿（tr）下降沿（tf）規范
表1. I2C時間規范
表2. 常用上拉電阻阻值的tr、tf參考值(VDD=3.3V)
註：該值是總線上連接兩片AT32 MCU，一個作為主機，一個作為從機測試出來的值，實際可能會因為總線掛的設備數量、佈線等差異而有所不同。
10) 產生代碼
點擊產生代碼，上訴配置的值，將會以代碼的形式產生出來，如下圖紅框所示，隻需要將右側輸出的代碼替換到自己的程序即可。
圖16. 代碼產生
