複数のデバイスを接続して使いやすように、C++でプログラムする事にします。
SW_I2C Classを定義します。
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/* * sw_i2c.h * * Created on: Sep 18, 2019 * Author: http://www.e-momonga.com/honkytonk * Copyright 2019 honkytonk. All right reserved. */ #ifndef INC_SW_I2C_H_ #define INC_SW_I2C_H_ #include <stdint.h> #include "stm32f1xx_hal.h" #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #ifdef __cplusplus }; #endif typedef struct { GPIO_TypeDef* group; uint16_t port; }gpio; #define BIT_00 0x0001 #define BIT_01 0x0002 #define BIT_02 0x0004 #define BIT_03 0x0008 #define BIT_04 0x0010 #define BIT_05 0x0020 #define BIT_06 0x0040 #define BIT_07 0x0080 #define BIT_08 0x0100 #define BIT_09 0x0200 #define BIT_10 0x0400 #define BIT_11 0x0800 #define BIT_12 0x1000 #define BIT_13 0x2000 #define BIT_14 0x4000 #define BIT_15 0x8000 #define IIC_READ_MASK ~0xfe #define IIC_WRITE_MASK 0xfe #define IIC_STATUS_NACK 0x01 #define IIC_STATUS_OK 0x00 #define IIC_STATUS_NO_ERROR 0x00 #ifdef __cplusplus class SW_I2C { private: uint8_t slave_address; gpio scl; gpio sda; uint8_t status; private: void clearStatus(void){this->status = IIC_STATUS_OK;} void start(void); void stop(void); void sendAck(bool anck); bool checkAck(void); void shiftData8Write(uint8_t data); uint8_t* shiftData8Read(uint8_t *rdata, bool ack); void SCL(bool hl){ HAL_GPIO_WritePin(this->scl.group, this->scl.port, hl ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); } void SDA(bool hl){ HAL_GPIO_WritePin(this->sda.group, this->sda.port, hl ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); } bool readSDA(void){ return HAL_GPIO_ReadPin(this->sda.group, this->sda.port) ? true : false; } public: SW_I2C(uint8_t slave, gpio sda, gpio scl){ this->slave_address = slave; this->sda = sda; this->scl = scl; this->status = IIC_STATUS_OK; } void setSlaveAddress(uint8_t address){this->slave_address = address;} void setSclPort(gpio io){ scl = io; } void setSdaPort(gpio io){ sda = io; } uint8_t* burstReadDataBytes(uint8_t address, uint8_t reg_address, uint8_t *rdata, uint8_t len); void burstWriteDataBytes(uint8_t address, uint8_t reg_address, uint8_t *wdata, uint8_t len); uint8_t* readBytes(uint8_t address, uint8_t *rdata, uint8_t len = 1); void writeBytes(uint8_t address, uint8_t *wdata, uint8_t len); bool testReadByte(uint8_t address, uint8_t reg_address, uint8_t *rdata, uint8_t len); uint8_t getStatus(void){return this->status;} uint8_t getSlaveAddress(void){return this->slave_address;} }; #endif #endif /* INC_SW_I2C_H_ */ |
コンストラクタ SW_I2C()には、スレーブデバイスアドレス、SDA,SCLポートを指定します。
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class SW_I2C sc1602((0x27 << 1), {SDA_GPIO_Port, SDA_Pin}, {SCL_GPIO_Port, SCL_Pin}); |
I2Cスレーブデバイスのアドレスが0x27の場合、1bitシフトしたものをスレーブアドレスとして指定します。各メンバー関数は、引数としてスレーブアドレスを設定することができます。コンストラクタで設定したスレーブアドレスを使う場合は、getSlaveAddress()を呼んでください。
SDA, SCLはCubeMXで設定したポートを指定します。ポートは、Open Drain(OD), No Pull-up, Pull-Down, 初期値 Hに設定します。STM32F103には5Vトレラントのポートがありますが、5Vで使用する場合は内蔵のPull-upは使用できませんので、No Pull-upに設定してください。また、I2Cは通信していないときはラインをHにしなければなりませんので、初期値としてHを設定します。
STM32F103用のプログラムですが、
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void SCL(bool hl){ HAL_GPIO_WritePin(this->scl.group, this->scl.port, hl ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); } void SDA(bool hl){ HAL_GPIO_WritePin(this->sda.group, this->sda.port, hl ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); } bool readSDA(void){ return HAL_GPIO_ReadPin(this->sda.group, this->sda.port) ? true : false; } |
この部分を修正すれば、他のマイコンにも移植できると思います。
(ESP32でも一部修正して使っています)
SW_I2Cのメンバー関数です。関数名、変数名を見れば大体何をやっているかの想像はつくと思います。
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/* * sw_i2c.cpp * * Created on: Sep 18, 2019 * Author: http://www.e-momonga.com/honkytonk * Copyright 2019, honkytonk. All right reserved. */ #include "sw_i2c.h" static void shortWait(volatile uint16_t wait) { wait *= 1; do{ wait--; }while(wait); } void SW_I2C::start(void) { this->SDA(1); shortWait(1); this->SCL(1); shortWait(1); this->SDA(0); shortWait(1); this->SCL(0); this->SDA(1); } void SW_I2C::stop(void) { this->SDA(0); this->SCL(0); this->SCL(1); shortWait(1); this->SDA(1); } void SW_I2C::sendAck(bool anck) { this->SCL(0); this->SDA(anck ? 0 : 1); // shortWait(1); this->SCL(1); shortWait(2); this->SCL(0); } bool SW_I2C::checkAck(void) { bool ret = false; //nack this->SDA(1); // to set OD Tr OFF shortWait(1); this->SCL(1); shortWait(1); this->readSDA() == false ? ret = true : ret = false; this->SCL(0); return ret; } void SW_I2C::shiftData8Write(uint8_t data) { uint8_t mask = 0x80; for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){ this->SCL(0); this->SDA(data & mask ? 1 : 0); mask >>= 1; this->SCL(1); shortWait(1); } this->SCL(0); this->SDA(1); } uint8_t* SW_I2C::shiftData8Read(uint8_t *rdata, bool ack) { this->SDA(1); uint8_t mask = 0x80; for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){ this->SCL(0); shortWait(1); this->SCL(1); this->readSDA() ? *rdata |= mask : *rdata &= ~mask; mask >>= 1; } this->SCL(0); this->sendAck(ack); return rdata; } bool SW_I2C::testReadByte(uint8_t address, uint8_t reg_address, uint8_t *rdata, uint8_t len) { bool ret = false; this->start(); this->shiftData8Write(address | IIC_READ_MASK); ret = this->checkAck(); if(ret){ for(uint8_t i = 0; i < len; i++){ bool ack = (i < (len -1) ? true : false); //the last byte is terminated by nack. this->shiftData8Read(rdata +i, ack); } } this->stop(); return ret; } uint8_t* SW_I2C::readBytes(uint8_t address, uint8_t *rdata, uint8_t len) { this->status = IIC_STATUS_NO_ERROR; this->start(); this->shiftData8Write(address | IIC_READ_MASK); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} if(this->status == IIC_STATUS_OK){ for(uint8_t i = 0; i < len; i++){ bool ack = (i < (len -1) ? true : false); //the last byte is terminated by nack. this->shiftData8Read(rdata +i, ack); } } this->stop(); return rdata; } uint8_t* SW_I2C::burstReadDataBytes(uint8_t address, uint8_t reg_address, uint8_t *rdata, uint8_t len) { this->status = IIC_STATUS_NO_ERROR; this->start(); this->shiftData8Write(address & IIC_WRITE_MASK); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} if(this->status == IIC_STATUS_OK){ this->shiftData8Write(reg_address); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} this->start(); //restart this->shiftData8Write(address | IIC_READ_MASK); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} for(uint8_t i = 0; i < len; i++){ bool ack = (i < (len -1) ? true : false); //the last byte is terminated by nack. this->shiftData8Read(rdata +i, ack); } } this->stop(); return rdata; } void SW_I2C::burstWriteDataBytes(uint8_t address, uint8_t reg_address, uint8_t *wdata, uint8_t len) { this->status = IIC_STATUS_NO_ERROR; this->start(); this->shiftData8Write(address & IIC_WRITE_MASK); if(this->checkAck() == false){ this->status |= IIC_STATUS_NACK; } else{ this->shiftData8Write(reg_address); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} for(uint8_t i = 0; i < len; i++){ this->shiftData8Write(wdata[i]); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} } } this->stop(); } void SW_I2C::writeBytes(uint8_t address, uint8_t *wdata, uint8_t len) { this->status = IIC_STATUS_NO_ERROR; this->start(); this->shiftData8Write(address & IIC_WRITE_MASK); if(this->checkAck() == false){ this->status |= IIC_STATUS_NACK; } else{ for(uint8_t i = 0; i < len; i++){ this->shiftData8Write(wdata[i]); if(this->checkAck() == false){this->status |= IIC_STATUS_NACK;} } } this->stop(); } |
クロックSCLのスピードが早い場合は、shortWait( )を調整してください。
実機で確認したところ、クロック周波数72MHzのSTM32F103C8T6では、SCLクロック周波数は 250kHz程度ありましたので、もう少しwaitを増やしてスピードを落とす方が良いと思います。
Open Drainは立ち上がりがプルアップ抵抗とラインの容量で鈍りますので、通信速度は遅い方が安全です。
エラー処理はackの確認のみ実装しています。checkStatus()でnackだった場合はIIC_STATUS_NACKを返します。ただし、バスリセットなどの処理は実装してません。
実際の使用例は次回以降に紹介したいと思います。