在电子工程领域，I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种广泛应用的串行通信协议，由飞利浦（现NXP半导体）于1982年推出。它允许微控制器和其他设备通过两根线进行数据传输，极大地简化了硬件设计。本教程将围绕“i2c.rar”这个压缩包，探讨如何利用LM3S系列单片机进行I2C总线的编程操作，主要涉及C/C++编程。
我们要了解LM3S系列单片机，它是基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，由Texas Instruments（德州仪器）制造。这些单片机具有高性能、低功耗的特点，适合于各种嵌入式应用，包括I2C通信。
1. **I2C总线协议**：I2C总线协议定义了两种角色，主设备和从设备。主设备发起通信，控制时钟信号，而从设备响应主设备的请求。I2C通信有多种速率模式，如标准速（100kbps）、快速速（400kbps）和高速（3.4Mbps）。协议规定了开始和停止条件、应答与非应答信号、地址识别以及数据传输格式。
2. **LM3S单片机的I2C接口**：LM3S系列单片机内置了硬件I2C模块，可以方便地实现I2C通信。在C/C++编程中，我们需要配置相应的寄存器，比如设置时钟速度、使能I2C模块、配置中断等。例如，要配置时钟，可能需要设置I2CMasterControl寄存器的BaudRate字段。
3. **编程步骤**：
- 初始化I2C模块：配置时钟源、波特率、中断和GPIO引脚。
- 发送开始条件：通过写入特定寄存器触发开始条件。
- 写入从设备地址：发送7位从设备地址和读/写位，等待从设备应答。
- 传输数据：根据读写操作，发送或接收数据，每次一个字节，每次传输后检查应答位。
- 处理错误：监控中断标志，处理溢出、总线冲突等错误。
- 发送停止条件：完成通信后，通过寄存器触发停止条件。
4. **库函数的使用**：通常，TI为LM3S单片机提供了HAL库或BSP库，包含封装好的I2C函数，如I2CMasterInitExpClk、I2CMasterDataPut、I2CMasterControl等，可简化编程过程。
5. **示例代码**：在实际项目中，可能会编写类似以下的代码片段来初始化I2C和发送数据：
```c
#include "driverlib/i2c.h"
void initI2C(void) {
// 配置时钟源和波特率
I2CMasterInitExpClk(UART_BASE, SYSTEM_CLOCK, 100000);
// 设置GPIO引脚为I2C模式
GPIOPinConfigSet(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2, GPIO_STRENGTH_2MA, GPIO_PIN_TYPE_OD);
// 使能I2C模块
I2CMasterEnable(I2C_MASTER_BASE);
}
void sendData(uint8_t deviceAddr, uint8_t data) {
// 发送开始条件
I2CMasterStart(I2C_MASTER_BASE);
// 发送从设备地址和写位
I2CMasterDataPut(I2C_MASTER_BASE, (deviceAddr << 1) | I2C_WRITE);
while(!I2CMasterBusBusy(I2C_MASTER_BASE));
I2CMasterControl(I2C_MASTER_BASE, I2C_MASTER_CMD_BURST_SEND_START);
while(!I2CMasterBusBusy(I2C_MASTER_BASE));
// 发送数据
I2CMasterDataPut(I2C_MASTER_BASE, data);
while(!I2CMasterBusBusy(I2C_MASTER_BASE));
I2CMasterControl(I2C_MASTER_BASE, I2C_MASTER_CMD_BURST_SEND_FINISH);
// 等待应答
while(I2CMasterBusy(I2C_MASTER_BASE));
}
```
6. **调试和测试**：在实际应用中，可能需要使用逻辑分析仪或示波器来观察I2C总线上的信号，确保正确传输。同时，也可以通过连接到I2C设备（如EEPROM、温度传感器等）来验证数据交换的正确性。
7. **异常处理**：编程时要考虑各种异常情况，如超时、从设备未响应、数据冲突等。这些异常可以通过中断服务程序来处理，确保系统能够稳定运行。
通过“i2c.rar”中的资源，我们可以学习如何使用C/C++编程，结合LM3S系列单片机的硬件I2C模块，实现对I2C总线的高效控制。在实践中，这将有助于我们创建各种嵌入式系统，与众多支持I2C协议的外围设备进行通信。
