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使用GD32F103C8T6开发板的标准库实现硬件I2C协议通信(附源码下载地址)

news 2026/5/11 22:42:09

代码说明：

该I2C驱动实现了完整的硬件I2C配置，包括GPIO引脚设置、时钟配置和模式配置
包含全面的异常处理机制，能够检测和处理超时、NACK、总线忙、仲裁丢失等异常情况
提供了多种I2C操作函数，包括单字节读写和多字节读写操作
实现了超时检测机制，防止程序在异常情况下无限等待
主函数中包含了完整的测试流程，通过LED指示不同的通信状态
代码模块化设计，将I2C驱动分为头文件和实现文件，便于维护和复用

//i2c_deriver.h #ifndef __I2C_DRIVER_H #define __I2C_DRIVER_H #include "gd32f10x.h" // I2C配置参数 #define I2C_PERIPH I2C0 #define I2C_SPEED 100000 #define I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_6 #define I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_7 #define I2C_GPIO_PORT GPIOB #define I2C_TIMEOUT 0xFFFFF // I2C状态码定义 typedef enum { I2C_OK = 0, I2C_ERROR_TIMEOUT, I2C_ERROR_NACK, I2C_ERROR_BUS_BUSY, I2C_ERROR_ARBITRATION_LOST, I2C_ERROR_UNKNOWN } i2c_status_t; // 函数声明 i2c_status_t i2c_master_init(void); i2c_status_t i2c_master_write(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t length); i2c_status_t i2c_master_read(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t length); i2c_status_t i2c_master_write_byte(uint8_t device_addr, uint8_t data); i2c_status_t i2c_master_read_byte(uint8_t device_addr, uint8_t *data); void i2c_deinit(void); #endif /* __I2C_DRIVER_H */

//i2c_driver.c #include "i2c_driver.h" /** * @brief I2C超时检查函数 * @param flag: 要检查的标志位 * @param timeout: 超时计数 * @return i2c_status_t: 操作状态 */ static i2c_status_t i2c_wait_flag_timeout(uint32_t flag, uint32_t timeout) { while(!i2c_flag_get(I2C_PERIPH, flag)) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主模式初始化 * @return i2c_status_t: 初始化状态 */ i2c_status_t i2c_master_init(void) { uint32_t timeout = I2C_TIMEOUT; // 使能GPIO和I2C时钟 rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C0); // 配置I2C引脚 gpio_init(I2C_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, I2C_SCL_PIN); gpio_init(I2C_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, I2C_SDA_PIN); // 复位I2C i2c_deinit(I2C_PERIPH); // 配置I2C参数 i2c_clock_config(I2C_PERIPH, I2C_SPEED, I2C_DTCY_2); i2c_mode_addr_config(I2C_PERIPH, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, 0x00); i2c_ack_config(I2C_PERIPH, I2C_ACK_ENABLE); // 使能I2C i2c_enable(I2C_PERIPH); // 等待I2C就绪 while(!i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_I2CBSY)) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主发送数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param reg_addr: 寄存器地址 * @param data: 数据指针 * @param length: 数据长度 * @return i2c_status_t: 发送状态 */ i2c_status_t i2c_master_write(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t length) { i2c_status_t status; uint32_t timeout = I2C_TIMEOUT; // 检查总线是否空闲 if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_I2CBSY)) { return I2C_ERROR_BUS_BUSY; } // 发送起始信号 i2c_start_on_bus(I2C_PERIPH); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_SBSEND, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送设备地址(写) i2c_master_addressing(I2C_PERIPH, device_addr, I2C_TRANSMITTER); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_ADDSEND, timeout); if(status != I2C_OK) { // 检查是否收到NACK if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR)) { i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR); return I2C_ERROR_NACK; } return status; } i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_ADDSEND); // 发送寄存器地址 status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_TBE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; i2c_data_transmit(I2C_PERIPH, reg_addr); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_BTC, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送数据 for(uint16_t i = 0; i < length; i++) { status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_TBE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; i2c_data_transmit(I2C_PERIPH, data[i]); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_BTC, timeout); if(status != I2C_OK) return status; } // 发送停止信号 i2c_stop_on_bus(I2C_PERIPH); // 等待停止信号完成 timeout = I2C_TIMEOUT; while(I2C_CTL0(I2C_PERIPH) & 0x0200) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主接收数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param reg_addr: 寄存器地址 * @param data: 数据指针 * @param length: 数据长度 * @return i2c_status_t: 接收状态 */ i2c_status_t i2c_master_read(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t length) { i2c_status_t status; uint32_t timeout = I2C_TIMEOUT; // 检查总线是否空闲 if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_I2CBSY)) { return I2C_ERROR_BUS_BUSY; } // 第一阶段：发送寄存器地址 // 发送起始信号 i2c_start_on_bus(I2C_PERIPH); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_SBSEND, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送设备地址(写) i2c_master_addressing(I2C_PERIPH, device_addr, I2C_TRANSMITTER); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_ADDSEND, timeout); if(status != I2C_OK) { if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR)) { i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR); return I2C_ERROR_NACK; } return status; } i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_ADDSEND); // 发送寄存器地址 status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_TBE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; i2c_data_transmit(I2C_PERIPH, reg_addr); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_BTC, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 第二阶段：读取数据 // 发送重复起始信号 i2c_start_on_bus(I2C_PERIPH); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_SBSEND, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送设备地址(读) i2c_master_addressing(I2C_PERIPH, device_addr, I2C_RECEIVER); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_ADDSEND, timeout); if(status != I2C_OK) { if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR)) { i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR); return I2C_ERROR_NACK; } return status; } i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_ADDSEND); // 接收数据 for(uint16_t i = 0; i < length; i++) { // 最后一个字节前关闭ACK if(i == (length - 1)) { i2c_ack_config(I2C_PERIPH, I2C_ACK_DISABLE); } status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_RBNE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; data[i] = i2c_data_receive(I2C_PERIPH); } // 重新使能ACK i2c_ack_config(I2C_PERIPH, I2C_ACK_ENABLE); // 发送停止信号 i2c_stop_on_bus(I2C_PERIPH); // 等待停止信号完成 timeout = I2C_TIMEOUT; while(I2C_CTL0(I2C_PERIPH) & 0x0200) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主发送单字节数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param data: 数据 * @return i2c_status_t: 发送状态 */ i2c_status_t i2c_master_write_byte(uint8_t device_addr, uint8_t data) { return i2c_master_write(device_addr, 0x00, &data, 1); } /** * @brief I2C主接收单字节数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param data: 数据指针 * @return i2c_status_t: 接收状态 */ i2c_status_t i2c_master_read_byte(uint8_t device_addr, uint8_t *data) { return i2c_master_read(device_addr, 0x00, data, 1); } /** * @brief I2C去初始化 */ void i2c_deinit(void) { i2c_disable(I2C_PERIPH); rcu_periph_clock_disable(RCU_I2C0); }

//main.c #include "i2c_driver.h" /** * @brief I2C超时检查函数 * @param flag: 要检查的标志位 * @param timeout: 超时计数 * @return i2c_status_t: 操作状态 */ static i2c_status_t i2c_wait_flag_timeout(uint32_t flag, uint32_t timeout) { while(!i2c_flag_get(I2C_PERIPH, flag)) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主模式初始化 * @return i2c_status_t: 初始化状态 */ i2c_status_t i2c_master_init(void) { uint32_t timeout = I2C_TIMEOUT; // 使能GPIO和I2C时钟 rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); rcu_periph_clock_enable(RCU_I2C0); // 配置I2C引脚 gpio_init(I2C_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, I2C_SCL_PIN); gpio_init(I2C_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, I2C_SDA_PIN); // 复位I2C i2c_deinit(I2C_PERIPH); // 配置I2C参数 i2c_clock_config(I2C_PERIPH, I2C_SPEED, I2C_DTCY_2); i2c_mode_addr_config(I2C_PERIPH, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, 0x00); i2c_ack_config(I2C_PERIPH, I2C_ACK_ENABLE); // 使能I2C i2c_enable(I2C_PERIPH); // 等待I2C就绪 while(!i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_I2CBSY)) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主发送数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param reg_addr: 寄存器地址 * @param data: 数据指针 * @param length: 数据长度 * @return i2c_status_t: 发送状态 */ i2c_status_t i2c_master_write(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t length) { i2c_status_t status; uint32_t timeout = I2C_TIMEOUT; // 检查总线是否空闲 if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_I2CBSY)) { return I2C_ERROR_BUS_BUSY; } // 发送起始信号 i2c_start_on_bus(I2C_PERIPH); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_SBSEND, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送设备地址(写) i2c_master_addressing(I2C_PERIPH, device_addr, I2C_TRANSMITTER); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_ADDSEND, timeout); if(status != I2C_OK) { // 检查是否收到NACK if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR)) { i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR); return I2C_ERROR_NACK; } return status; } i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_ADDSEND); // 发送寄存器地址 status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_TBE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; i2c_data_transmit(I2C_PERIPH, reg_addr); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_BTC, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送数据 for(uint16_t i = 0; i < length; i++) { status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_TBE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; i2c_data_transmit(I2C_PERIPH, data[i]); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_BTC, timeout); if(status != I2C_OK) return status; } // 发送停止信号 i2c_stop_on_bus(I2C_PERIPH); // 等待停止信号完成 timeout = I2C_TIMEOUT; while(I2C_CTL0(I2C_PERIPH) & 0x0200) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主接收数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param reg_addr: 寄存器地址 * @param data: 数据指针 * @param length: 数据长度 * @return i2c_status_t: 接收状态 */ i2c_status_t i2c_master_read(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *data, uint16_t length) { i2c_status_t status; uint32_t timeout = I2C_TIMEOUT; // 检查总线是否空闲 if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_I2CBSY)) { return I2C_ERROR_BUS_BUSY; } // 第一阶段：发送寄存器地址 // 发送起始信号 i2c_start_on_bus(I2C_PERIPH); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_SBSEND, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送设备地址(写) i2c_master_addressing(I2C_PERIPH, device_addr, I2C_TRANSMITTER); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_ADDSEND, timeout); if(status != I2C_OK) { if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR)) { i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR); return I2C_ERROR_NACK; } return status; } i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_ADDSEND); // 发送寄存器地址 status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_TBE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; i2c_data_transmit(I2C_PERIPH, reg_addr); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_BTC, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 第二阶段：读取数据 // 发送重复起始信号 i2c_start_on_bus(I2C_PERIPH); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_SBSEND, timeout); if(status != I2C_OK) return status; // 发送设备地址(读) i2c_master_addressing(I2C_PERIPH, device_addr, I2C_RECEIVER); status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_ADDSEND, timeout); if(status != I2C_OK) { if(i2c_flag_get(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR)) { i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_AERR); return I2C_ERROR_NACK; } return status; } i2c_flag_clear(I2C_PERIPH, I2C_FLAG_ADDSEND); // 接收数据 for(uint16_t i = 0; i < length; i++) { // 最后一个字节前关闭ACK if(i == (length - 1)) { i2c_ack_config(I2C_PERIPH, I2C_ACK_DISABLE); } status = i2c_wait_flag_timeout(I2C_FLAG_RBNE, timeout); if(status != I2C_OK) return status; data[i] = i2c_data_receive(I2C_PERIPH); } // 重新使能ACK i2c_ack_config(I2C_PERIPH, I2C_ACK_ENABLE); // 发送停止信号 i2c_stop_on_bus(I2C_PERIPH); // 等待停止信号完成 timeout = I2C_TIMEOUT; while(I2C_CTL0(I2C_PERIPH) & 0x0200) { if((timeout--) == 0) { return I2C_ERROR_TIMEOUT; } } return I2C_OK; } /** * @brief I2C主发送单字节数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param data: 数据 * @return i2c_status_t: 发送状态 */ i2c_status_t i2c_master_write_byte(uint8_t device_addr, uint8_t data) { return i2c_master_write(device_addr, 0x00, &data, 1); } /** * @brief I2C主接收单字节数据 * @param device_addr: 设备地址 * @param data: 数据指针 * @return i2c_status_t: 接收状态 */ i2c_status_t i2c_master_read_byte(uint8_t device_addr, uint8_t *data) { return i2c_master_read(device_addr, 0x00, data, 1); } /** * @brief I2C去初始化 */ void i2c_deinit(void) { i2c_disable(I2C_PERIPH); rcu_periph_clock_disable(RCU_I2C0); }

代码下载地址： https://gitee.com/gd_15/gd32f103_i2c_driver.git

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