I2C簡介

I2C 是 PHILIPS 公司開發的一種半雙工、雙向二線制同步串行總線。

兩線制代表 I2C 只需兩根信號線，一根數據線 SDA，另一根是時鐘線 SCL。這個也是I2C的優勢所在，雖然傳輸速率較慢，但是占用引腳數量少，在引腳資源緊張的芯片上就特別好用。

I2C 總線允許掛載多個主設備，但總線時鐘同一時刻只能由一個主設備產生，并且要求每個連接到總線上的器件都有唯一的 I2C 地址，從設備可以被主設備尋址。那么我們想要在同一個I2C總線上使用多個主設備。

這里善于思考的同學可能就會想到如果我們想要在同一個I2C總線上并聯兩個一樣的設備ID沖突怎么辦呢？

之后帶大家看傳感器的Datasheet的時候，就會發現傳感器上面有一個ADDR引腳，根據它引腳電平高低會切換ID號，這樣就可以避免ID沖突了。

I2C通信具有幾類信號

開始信號S：當SCL處于高電平時，SDA從高電平拉低至低電平，代表數據傳輸的開始

結束信號P：當SCL處于高電平時，SDA從低電平拉高至高電平，代表數據傳輸結束

數據信號：數據信號每次都傳輸8位數據，每一位數據都在一個時鐘周期內傳遞，當SCL處于高電平時，SDA數據線上的電平需要穩定，當SCL處于低電平的時候，SDA數據線上的電平才允許改變。

應答信號ACK/NACK：應答信號是主機發送8bit數據，從機對主機發送低電平，表示已經接收數據。

整個I2C通信過程理解成收發快遞的過程，設備I2C地址理解成學校快遞柜的地址，讀寫位代表寄出和簽收快遞，寄存器地址則是快遞柜上的箱號，而數據便是需要寄出或者簽收的快遞。整個過程便是如同到學校的快遞柜（從機 I2C 地址），對第幾號柜箱（寄存器地址）， 進行寄出或者簽收快遞（數據）的過程。

IST8310簡介

IST8310 是一款由 ISentek 公司推出的 3 軸磁場傳感器，尺寸為 3.03.01.0mm，支持快速 I2C 通信，可達 400kHz，14 位磁場數據，測量范圍可達1600uT(x,y-axis)和 2500uT(z-axis)， 最高 200Hz 輸出頻率。使用IST8310磁力計可以檢測地磁場強度，用于計算磁場角度。

下圖為IST8310的引腳功能表

此外我們可以整理等下我們會用到的GPIO引腳

以及我們可以看一下從機地址的設置，在這個芯片之后從機地址的設置是通過CAD0和CAD1兩個引腳設置的，這樣可以實現設置四個不同的地址。

下面是開發板的原理圖，我們可以看到下面CAD0和CAD1引腳都浮空了，根據上圖可以得知，這個IST8310的從機地址為0x0E與原理圖中標注的一致。

CubeMX配置

首先我們開始看到我們的原理圖上。

根據上面兩個圖我們可以發現這個IST8310是掛載在I2C總線上面的。

STM32上I2C3_SCL在PA8，I2C_SDA在PC9,DRDY數據準備引腳在PG3,復位RSTN引腳在PG6，接著在CubeMX進行相應的配置。

之后我們可以看到我們在CubeMX中配置的東西實際上都在board文件之中，其中board.c文件里面為我們的時鐘樹配置，stm32f4xx_hal_msp.c里的就是我們上面設置的那些引腳配置

這里就是剛剛I2C3配置的函數，為啥突然開始講這個主要也是實習時發現大部分情況下是沒有STM32可以用的，也就不能用CubeMX那么輕松的配置了，pintopin替換直接把***當作STM32使用總感覺會出問題，因此還是學習自己配置的方法。

else if(hi2c->Instance==I2C3)
{
/* USER CODE BEGIN I2C3_MspInit 0 /
/ USER CODE END I2C3_MspInit 0 */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/**I2C3 GPIO Configuration
PC9 ------> I2C3_SDA
PA8 ------> I2C3_SCL
/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C3;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C3;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
/ Peripheral clock enable /
__HAL_RCC_I2C3_CLK_ENABLE();
/ USER CODE BEGIN I2C3_MspInit 1 /
/ USER CODE END I2C3_MspInit 1 */
}

代碼編寫

首先在RT-Thread Settings組件中打開I2C設備驅動程序

menuconfig BSP_USING_I2C3
bool "Enable I2C3 BUS (software simulation)"
default n
select RT_USING_I2C
select RT_USING_I2C_BITOPS
select RT_USING_PIN
if BSP_USING_I2C3
comment "Notice: PA8 --> 8; PC9 --> 41"
config BSP_I2C3_SCL_PIN
int "i2c1 scl pin number"
default 8
config BSP_I2C3_SDA_PIN
int "I2C1 sda pin number"
default 41
endif

配置完后我們來看一下幾個重要的實現函數

i2c寫入寄存器的函數

rt_err_t ist8310_iic_write(rt_uint8_t write_addr, rt_uint8_t data, rt_uint32_t number)
{
rt_uint8_t buf[2];
buf[0] = write_addr;
buf[1] = data;
rt_size_t result;
result = rt_i2c_master_send(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, RT_I2C_WR, buf, 2);
rt_thread_mdelay(10);
if (result == 2)
{
rt_kprintf("IST8310 write failed,ERR is:%drn", result);
return -RT_ERROR;
}
}

關于讀取，寫入這里引用上面推薦視頻里的一幅圖

這里我們函數的實現也是按照這個原理，rt_i2c_master_send首先將設備的地址IST8310_ADDR，加上讀寫位RT_I2C_WR發送

之后我們定義的buf緩沖區中裝著的就是我們要發送的寄存器地址write_addr，和要寫入的數據data。

需要注意的是rt_i2c_master_send返回的是發送的消息的個數，且不包含一開始發送的設備地址IST8310_ADDR的。

下面的讀取函數也是同理的，先發送想要讀取的read_addr，然后利用rt_i2c_master_recv函數進行讀取。

rt_err_t ist8310_iic_read(rt_uint8_t read_addr, rt_uint32_t len, rt_uint8_t *buf)
{
//通知要讀哪個設備的哪個內存地址的內容，（告知是需要讀read_addr）
rt_i2c_master_send(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, RT_I2C_WR, &read_addr, 1);
//讀取到的內容存入buf
rt_i2c_master_recv(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, RT_I2C_RD, buf, len); //地址讀數據
}

這樣看完大家應該對于i2c的通信方式更加熟悉了。

下面介紹的是讀取磁力計值函數ist8310_read_mag

void ist8310_read_mag(float mag[3])
{
uint8_t buf[6];
int16_t temp_ist8310_data = 0;
//read the "DATAXL" register (0x03)
ist8310_iic_read(0x03, 6, buf);
temp_ist8310_data = (int16_t) ((buf[1] << 8) | buf[0]);
mag[0] = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
temp_ist8310_data = (int16_t) ((buf[3] << 8) | buf[2]);
mag[1] = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
temp_ist8310_data = (int16_t) ((buf[5] << 8) | buf[4]);
mag[2] = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
}

我們這里對照表格就可以看到數據寄存器是從0x03開始到0x08結束的，我們使用ist8310_iic_read實際上雖然我們一開始只說明了讀取0x03的值，但是根據消息長度的大小，它繼續讀取下面寄存器的值的。

最后給大家詳細一下初始化函數ist8310_init

rt_uint8_t ist8310_init(const char*name)
{
rt_uint8_t temp[2] = { 0, 0 };
ist8310_i2c_bus = (struct rt_i2c_bus_device *) rt_device_find(name);
rt_uint8_t res[2] = { 0, 0 };
rt_uint8_t writeNum = 0;
if (ist8310_i2c_bus == RT_NULL)
{
rt_kprintf("can't find %s device!n", name);
}
else
{
ist8310_RST_L();
rt_thread_mdelay(sleepTime);
ist8310_RST_H();
rt_thread_mdelay(sleepTime);
ist8310_IIC_read_single_reg(IST8310_WHO_AM_I, 1, res);
if (res[0] != IST8310_WHO_AM_I_VALUE)
{
initialized = RT_TRUE;
return IST8310_NO_SENSOR;
}
for (writeNum = 0; writeNum < IST8310_WRITE_REG_NUM; writeNum++)
//開啟中斷，并且設置低電平,平均采樣兩次,200Hz輸出頻率
{
ist8310_IIC_write_single_reg(ist8310_write_reg_data_error[writeNum][0],
ist8310_write_reg_data_error[writeNum][1]);
ist8310_delay_us(wait_time);
ist8310_IIC_read_single_reg(ist8310_write_reg_data_error[writeNum][0], 1, res);
ist8310_delay_us(wait_time);
if (res[0] != ist8310_write_reg_data_error[writeNum][1])
{
return ist8310_write_reg_data_error[writeNum][2];
}
}
initialized = RT_TRUE;
return IST8310_NO_ERROR;
}
}

第一個特殊點是讀取WHO AM I寄存器，這里是為了確認讀取的是ist8310傳感器，避免ID沖突或者沒有傳感器導致后續的通信錯誤。這里WHO AM I里的值默認是10我們讀取到10則說明沒有問題。

第二個特殊點就是for循環里面的那些操作，ist8310_write_reg_data_error這個二維數組里面的內容大家可以翻一下最后完整的ist8310.h代碼

這里做的事情實際上是對配置寄存器進行寫入配置，對應的寄存器即意義如下。大家根據下面的表格就可以計算出相應要寫入的值了。

ist8310.c完整代碼

//
// Created by Goldengrandpa on 2022/11/4.
//
#include "ist8310.h"
rt_err_t ist8310_iic_write(rt_uint8_t write_addr, rt_uint8_t data, rt_uint32_t number)
{
rt_uint8_t buf[2];
buf[0] = write_addr;
buf[1] = data;
rt_size_t result;
result = rt_i2c_master_send(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, RT_I2C_WR, buf, 2);
rt_thread_mdelay(10);
if (result == 2)
{
rt_kprintf("IST8310 write failed,ERR is:%drn", result);
return -RT_ERROR;
}
}
void ist8310_delay_us(uint16_t us)
{
uint32_t ticks = 0;
uint32_t told = 0, tnow = 0, tcnt = 0;
uint32_t reload = 0;
reload = SysTick->LOAD;
ticks = us * 72;
told = SysTick->VAL;
while (1)
{
tnow = SysTick->VAL;
if (tnow != told)
{
if (tnow < told)
{
tcnt += told - tnow;
}
else
{
tcnt += reload - tnow + told;
}
told = tnow;
if (tcnt >= ticks)
{
break;
}
}
}
}
rt_err_t ist8310_iic_read(rt_uint8_t read_addr, rt_uint32_t len, rt_uint8_t *buf)
{
//通知要讀哪個設備的哪個內存地址的內容，（告知是需要讀read_addr）
rt_i2c_master_send(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, RT_I2C_WR, &read_addr, 1);
//讀取到的內容存入buf
rt_i2c_master_recv(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, RT_I2C_RD, buf, len); //地址讀數據
}
rt_err_t ist8310_IIC_write_single_reg(rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data)
{
rt_uint8_t buf[2];
buf[0] = reg;
buf[1] = data;
if (rt_i2c_master_send(ist8310_i2c_bus, IST8310_ADDR, 0, buf, 2) == 2)
{
return RT_EOK;
}
else
{
return -RT_ERROR;
}
}
uint8_t ist8310_IIC_read_single_reg(rt_uint8_t reg, rt_uint8_t len, rt_uint8_t buf)
{
struct rt_i2c_msg msgs[2];
msgs[0].addr = IST8310_ADDR; / 從機地址 /
msgs[0].flags = RT_I2C_WR; / 寫標志 /
msgs[0].buf = ? / 從機寄存器地址 /
msgs[0].len = 1; / 發送數據字節數 /
msgs[1].addr = IST8310_ADDR; / 從機地址 /
msgs[1].flags = RT_I2C_RD; / 讀標志 /
msgs[1].buf = buf; / 讀取數據指針 /
msgs[1].len = len; / 讀取數據字節數 /
if (rt_i2c_transfer(ist8310_i2c_bus, msgs, 2) == 2)
{
return RT_EOK;
}
else
{
return -RT_ERROR;
}
}
void ist8310_RST_H(void)
{
rt_pin_write(IST8310_RSTN_PIN_NUM, 1);
}
void ist8310_RST_L(void)
{
rt_pin_write(IST8310_RSTN_PIN_NUM, 0);
}
void ist8310_read_mag(float mag[3])
{
uint8_t buf[6];
int16_t temp_ist8310_data = 0;
//read the "DATAXL" register (0x03)
ist8310_iic_read(0x03, 6, buf);
temp_ist8310_data = (int16_t) ((buf[1] << 8) | buf[0]);
mag[0] = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
temp_ist8310_data = (int16_t) ((buf[3] << 8) | buf[2]);
mag[1] = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
temp_ist8310_data = (int16_t) ((buf[5] << 8) | buf[4]);
mag[2] = MAG_SEN * temp_ist8310_data;
}
rt_uint8_t ist8310_init(const charname)
{
rt_uint8_t temp[2] = { 0, 0 };
ist8310_i2c_bus = (struct rt_i2c_bus_device *) rt_device_find(name);
rt_uint8_t res[2] = { 0, 0 };
rt_uint8_t writeNum = 0;
if (ist8310_i2c_bus == RT_NULL)
{
rt_kprintf("can't find %s device!n", name);
}
else
{
ist8310_RST_L();
rt_thread_mdelay(sleepTime);
ist8310_RST_H();
rt_thread_mdelay(sleepTime);
ist8310_IIC_read_single_reg(IST8310_WHO_AM_I, 1, res);
if (res[0] != IST8310_WHO_AM_I_VALUE)
{
initialized = RT_TRUE;
return IST8310_NO_SENSOR;
}
for (writeNum = 0; writeNum < IST8310_WRITE_REG_NUM; writeNum++)
{
ist8310_IIC_write_single_reg(ist8310_write_reg_data_error[writeNum][0],
ist8310_write_reg_data_error[writeNum][1]);
ist8310_delay_us(wait_time);
ist8310_IIC_read_single_reg(ist8310_write_reg_data_error[writeNum][0], 1, res);
ist8310_delay_us(wait_time);
if (res[0] != ist8310_write_reg_data_error[writeNum][1])
{
return ist8310_write_reg_data_error[writeNum][2];
}
}
initialized = RT_TRUE;
return IST8310_NO_ERROR;
}
}
static void i2c_ist8310_sample(int argc, char argv[])
{
rt_uint8_t buf;
rt_uint8_t result=0;
float msg[3] = { 0, 0, 0 };
char name[RT_NAME_MAX];
if (argc == 2)
{
rt_strncpy(name, argv[1], RT_NAME_MAX);
}
else
{
rt_strncpy(name, IST8310_I2C_BUS_NAME, RT_NAME_MAX);
}
if (!initialized)
{
/ 傳感器初始化 /
result=ist8310_init(name);
}
if (initialized)
{
ist8310_read_mag(msg);
rt_kprintf("read ist8310 sensor x:%f y:%f z:%fn", msg[0], msg[1], msg[2]);
}
else
{
rt_kprintf("%dn",result);
rt_kprintf("initialize sensor failed!n");
}
}
/ 導出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(i2c_ist8310_sample, ist8310_sample);
ist8310.h

//
// Created by Goldengrandpa on 2022/11/4.
//
#ifndef RTTHREAD_IST8310_H
#define RTTHREAD_IST8310_H
#include
#include
#include "board.h"
#define IST8310_I2C_BUS_NAME "i2c3" /* 傳感器連接的I2C總線設備名稱 /
#define IST8310_ADDR 0X0E / 從機地址 /
#define IST8310_CALIBRATION_CMD 0xE1 / 校準命令 /
#define IST8310_NORMAL_CMD 0xA8 / 一般命令 /
#define IST8310_GET_DATA 0xAC / 獲取數據命令 */
#define IST8310_WRITE_REG_NUM 4
#define IST8310_WHO_AM_I 0x00 //ist8310 "who am I "
#define IST8310_WHO_AM_I_VALUE 0x10 //device ID
#define IST8310_DATA_READY_BIT 2
#define IST8310_NO_ERROR 0x00
#define IST8310_NO_SENSOR 0x40
static const uint8_t wait_time = 150;
static const uint8_t sleepTime = 50;
#define IST8310_RSTN_PIN_NUM GET_PIN(G,6)
#define MAG_SEN 0.3f //raw int16 data change to uT unit. 原始整型數據變成 單位ut
typedef struct ist8310_real_data_t
{
uint8_t status;
float mag[3];
} ist8310_real_data_t;
//the first column:the registers of IST8310. 第一列:IST8310的寄存器
//the second column: the value to be writed to the registers.第二列:需要寫入的寄存器值
//the third column: return error value.第三列:返回的錯誤碼
static const rt_uint8_t ist8310_write_reg_data_error[IST8310_WRITE_REG_NUM][3] ={
{0x0B, 0x08, 0x01}, //enalbe interrupt and low pin polarity.開啟中斷，并且設置低電平
{0x41, 0x09, 0x02}, //average 2 times.平均采樣兩次
{0x42, 0xC0, 0x03}, //must be 0xC0. 必須是0xC0
{0x0A, 0x0B, 0x04}}; //200Hz output rate.200Hz輸出頻率
static struct rt_i2c_bus_device ist8310_i2c_bus = RT_NULL; / I2C總線設備句柄 /
static rt_bool_t initialized = RT_FALSE; / 傳感器初始化狀態 */
rt_err_t ist8310_iic_write(rt_uint8_t write_addr, rt_uint8_t data, rt_uint32_t number);
rt_err_t ist8310_iic_read(rt_uint8_t read_addr, rt_uint32_t len, rt_uint8_t *buf);
void ist8310_read_mag(float mag[3]);
static void read_mag(struct rt_i2c_bus_device *bus,float *cur_mag);/ 讀取磁場 /
void ist8310_RST_H(void);/ 設置RSTN引腳為1 /
void ist8310_RST_L(void);/ 設置RSTN引腳為0 /
void ist8310_delay_us(rt_uint16_t us);
rt_err_t ist8310_IIC_write_single_reg(rt_uint8_t reg, rt_uint8_t data);
rt_uint8_t ist8310_IIC_read_single_reg(rt_uint8_t reg, rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf);
static void i2c_ist8310_sample(int argc, char *argv[]);
#endif //RTTHREAD_IST8310_H

運行結果：