ESPIDF-通讯外设

SPI

SPI资源

ESP32集成了4个SPI外设。

  • SPI0和SPI1通过总线仲裁器共享一条信号总线，用于在模组内部访问FLASH（SoC FLASH），不对用户开放。
  • SPI2和SPI3是通用SPI控制器，有时也被称为HSPI和VSPI。它们拥有独立的信号总线，每条总线都有三条片选（CS）信号，也就是说每个控制器都能驱动最多3个SPI从器件。这两个SPI控制器对用户开放。

SPI类型

esp32的SPI支持三线SPI、四线标准SPI、Dual SPI和Quad SPI等工作模式。

四线标准SPI

四线标准SPI由SCK、MOSI、MISO、CS四根线组成。四线标准SPI是全双工的通讯。

名称 功能
SCLK 时钟线，决定着通讯的速度
MISO 主输入从输出。主机输入，从机输出
MOSI 主输出从输入。主机输入，从机输入
CS 片选线。当片选线被拉低总线有效，可以开始通讯

三线SPI

三线 SPI 把 MISO 和 MOSI 总线进行了合并。同一时间只能进行单方向的读或者写。是半双工的通讯。

Dual SPI

Dual SPI是四线半双工的SPI通讯。Dual SPI就是让MISO和MOSI同时进行发送或者接收的工作。因此通讯速度会得到极大的提高。此时MISO和MOSI总线名称就变成了IO0和IO1。

Quad SPI

Quad SPI是六线半双工的SPI通讯。除了SCK和CS总线以外，增加了IO0、IO1、IO2、IO3四条总线，这四条总线能同时进行并行的读写，比Dual SPI通讯速度相比，又得到了极大的提高。有时候IO2和IO3引脚与WP和HD引脚共用。WD是写保护，HD是状态保持。

SPI配置

总线初始化结构体

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   spi_bus_config_t spiCfg;    //总线配置结构体
spiCfg.miso_io_num = GPIO_NUM_19;    //gpio12->miso
spiCfg.mosi_io_num = GPIO_NUM_23;    //gpio13->mosi
spiCfg.sclk_io_num = GPIO_NUM_18;    //gpio14-> sclk
spiCfg.quadhd_io_num = -1;			// HD引脚不设置，这个引脚配置Quad SPI的时候才有用
spiCfg.quadwp_io_num = -1;			// WP引脚不设置，这个引脚配置Quad SPI的时候才有用

spiCfg.max_transfer_sz = SOC_SPI_MAXIMUM_BUFFER_SIZE; 
//设置传输数据的最大值。非DMA最大64bytes,DMA最大4096bytes
//spiCfg.intr_flags = 0;  //这个用于设置SPI通讯中相关的中断函数的中断优先级，0是默认。
//这组中断函数包括SPI通讯前中断和SPI通讯后中断两个函数。

spiCfg.flags = SPICOMMON_BUSFLAG_MASTER;
//这个用于设置初始化的时候要检测哪些选项。比如这里设置的是spi初始化为主机模式是否成功。
//检测结果通过spi_bus_initialize函数的
//返回值进行返回。如果初始化为主机模式成功，就会返回esp_ok

总线初始化

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esp_err_t spi_init_info = spi_bus_initialize(SPI3_HOST, &spiCfg, SPI_DMA_DISABLED);
    if(spi_init_info != ESP_OK)
    {
        printf("spi initialize failed!\n");
    }
    else
    {
        printf("spi initialize successed!\n");
    }

设备初始化

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spi_device_interface_config_t spiDevCfg={
        .clock_speed_hz = 1000 * 1000,
        .mode = 0,
        .spics_io_num = -1,
        .queue_size = 6,
    };
    esp_err_t spi_dev_info = spi_bus_add_device(SPI3_HOST, &spiDevCfg, &spi3Handle);
    if(spi_dev_info != ESP_OK)
    {
        printf("device config error\n");
    }
    else
    {
        printf("device config success\n");
    }

发送数据

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esp_err_t spiWriteData(uint8_t *data, uint8_t len)
{
    esp_err_t ret;
    spi_transaction_t temp;
    if (len==0) return 0;
    memset(&temp, 0, sizeof(temp));
    gpio_set_level(SPI3_CS, 0);
    temp.length = len * 8;
    temp.tx_buffer = data;
    temp.user = (void*)1;
    ret=spi_device_polling_transmit(spi3Handle, &temp);
    gpio_set_level(SPI3_CS, 1);
    return ret;
}

IIC

IIC资源

IIC 是一种串行同步半双工通信协议，总线上可以同时挂载多个主机和从机。IIC 总线由串行数据线 (SDA) 和串行时钟线 (SCL) 线构成。这些线都需要上拉电阻。
IIC 具有简单且制造成本低廉等优点，主要用于低速外围设备的短距离通信（一英尺以内）。
ESP32 有 2 个 IIC 控制器（也称为端口），负责处理在 IIC 总线上的通信。每个控制器都可以设置为主机或从机。

IIC配置驱动

建立 IIC 通信第一步是配置驱动程序，这需要设置 i2c_config_t 结构中的几个参数：

  • 设置 IIC 工作模式 - 从 i2c_mode_t 中选择主机模式或从机模式
  • 设置 通信管脚
    • 指定 SDA 和 SCL 信号使用的 GPIO 管脚
    • 是否启用 ESP32 的内部上拉电阻
  • （仅限主机模式）设置 I2C 时钟速度
  • （仅限从机模式）设置以下内容：
    • 是否应启用 10 位寻址模式
    • 定义 从机地址

然后，初始化给定 IIC 端口的配置，请使用端口号和 i2c_config_t 作为函数调用参数来调用 i2c_param_config() 函数。

SCL 的时钟频率会被上拉电阻和线上电容（或是从机电容）一起影响。因此，用户需要自己选择合适的上拉电阻去保证 SCL 时钟频率是准确的。尽管 I2C 协议推荐上拉电阻值为 1 K 欧姆到 10 K 欧姆，但是需要根据不同的频率需要选择不同的上拉电阻。
通常来说，所选择的频率越高，需要的上拉电阻越小（但是不要小于 1 K 欧姆）。这是因为高电阻会减小电流，这会延长上升时间从而使频率变慢。通常我们推荐的上拉阻值范围为 2 K 欧姆到 5 K 欧姆，但是用户可能也需要根据他们的实际情况做出一些调整。

IIC主机配置

初始化

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void iicMasterInit()
{
    i2c_config_t iicMasterConfig = {
        .mode = I2C_MODE_MASTER,
        .sda_io_num = (gpio_num_t)IIC_SDA,
        .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .scl_io_num = (gpio_num_t)IIC_SCL,
        .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .master.clk_speed = 100000,
        .clk_flags = I2C_SCLK_SRC_FLAG_FOR_NOMAL,
    };
    i2c_param_config(I2C_NUM_0, &iicMasterConfig);
    esp_err_t iicInitInfo = i2c_driver_install(I2C_NUM_0, iicMasterConfig.mode, 0, 0, 0);
    if(iicInitInfo != ESP_OK)
    {
        printf("iic master initialize error\n");
    }
    else
    {
        printf("iic master initialize success\n");
    }
}

ESP32 的内部上拉电阻范围为几万欧姆，因此在大多数情况下，它们本身不足以用作 I2C 上拉电阻。建议用户使用阻值在 I2C 总线协议规范规定范围内的上拉电阻。计算阻值的具体方法，可参考 TI 应用说明

IIC写数据

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esp_err_t iicMasterWriteData(uint8_t addr, uint8_t *writeBuffer, uint8_t bufferLength)
{
    esp_err_t ret;
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, addr, true);  // 启用ACK
    i2c_master_write(cmd, writeBuffer, bufferLength, true);
    i2c_master_stop(cmd);
    ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, pdMS_TO_TICKS(500));  // 发送数据
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
    return ret;
}

IIC读数据

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esp_err_t iicMasterReadData(uint8_t addr, uint8_t *readBUffer, uint8_t bufferLength)
{
    esp_err_t ret;
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, addr, true);  // 启用ACK
    i2c_master_read(cmd, readBUffer, bufferLength, I2C_MASTER_LAST_NACK);  // I2C_MASTER_LAST_NACK
    i2c_master_stop(cmd);
    ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, pdMS_TO_TICKS(500));  // 发送数据
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
    return ret;
}