IIC/I2C--温湿度传感器——GPIO模拟IIC协议
IIC总线时序
起始信号
1）起始信号和停止信号都是由主机产生的，起始信号产生之后，总线处于占用占用状态2）停止信号产生之后，总线处于空闲状态
起始信号：在SCL为高电平器件，SDA数据线从高到低的变化(下降沿)
停止信号
停止信号：在SCL为高电平器件，SDA数据线从低到高的变化(上升沿)
数据传输信号
1）IIC总线进行数据传输时，在时钟为高电平期间，数据线上的数据保持稳定，接收器可以从数据线上读取数据
2）IIC总线进行数据传输时，在时钟为低电平期间，数据线上的数据可以发送变化，发送器向数据线上写数据
应答和非应答信号
1.每一个字节必须保证8位数据长度，数据传输时，先发送高位，在发送低位，一帧数据 = 8位数据位 + 1位应答位 = 9位
2.发送器在发送完8位数据之后，接收器需要在第9个时钟周期，返回一个应答信号(0)，或者一个非应答信号(1)
在第九个时钟周期，接收器向数据线上写入数据（应答或者非应答信号）
在第九个时钟周期，发送器从数据线读取数据
如果发送器读到的是高电平，代表非应答信号
如果发送器读到的是低电平，代表应答信号
寻址
1.IIC总线上传输数据是广义的，既包括数据信号，也包括地址信号
2.主机起始信号产生之后，必须要传送7位的从机地址，第8位为数据方向位
3.用0表示写主机发送数据，用1表示读主机接收数据
IIC协议
I2C (Inter-Integrated Circuit) 是一种用于在设备之间发送数据的通信协议。它是一个两线协议，意味着它使用两条线进行通信：一条串行时钟线和一条串行数据线。
1.开始传输：
通过I2C总线发送启动条件开始传输。
发送您希望通信的设备的地址，以及指示是要读取还是写入设备的位。
2.发送您的数据：
如果要写入设备，则发送要写入的数据。
如果要从设备读取，则通过发送重复启动条件和对设备的读取请求来请求数据。
3.结束传输：
发送停止条件以结束传输。。
4.注意：
在使用 I2C 协议进行通信时，您还需要注意一些细节，例如在发送数据时要等待从设备的应答信号，或者在发送大量数据时要分多次发送。还要注意从设备的最大传输速率和主设备的访问限制。
编写代码
iic.c
#include "iic.h"
extern void printf(const char *fmt, ...);
/*
* 函数名 ： delay_us
* 函数功能：延时函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
* */
void delay_us(void)
{
unsigned int i = 2000;
while (i--)
;
}
/*
* 函数名 ： i2c_init
* 函数功能： i2C总线引脚的初始化， 通用输出，推挽输出，输出速度，
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
* */
void i2c_init(void)
{
// 使能GPIOF端口的时钟
RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0x1 << 5);
// 设置PF14，PF15引脚为通用的输出功能
GPIOF->MODER &= (~(0xF << 28));
GPIOF->MODER |= (0x5 << 28);
// 设置PF14, PF15引脚为推挽输出
GPIOF->OTYPER &= (~(0x3 << 14));
// 设置PF14, PF15引脚为高速输出
GPIOF->OSPEEDR |= (0xF << 28);
// 设置PF14, PF15引脚的禁止上拉和下拉
GPIOF->PUPDR &= (~(0xF << 28));
// 空闲状态SDA和SCL拉高
I2C_SCL_H;
I2C_SDA_H;
}
/*
* 函数名：i2c_start
* 函数功能：模拟i2c开始信号的时序
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
* */
void i2c_start(void)
{
/*
* 开始信号：时钟在高电平期间，数据线从高到低的变化
* --------
* SCL \
* --------
* ----
* SDA \
* --------
* */
// 1.设置SDA为输出模式
SET_SDA_OUT;
// 2.SCL拉高
I2C_SCL_H;
// 3.延时
delay_us();
// 4.SDA拉高
I2C_SDA_H;
// 5.延时
delay_us();
// 6.SDA拉低
I2C_SDA_L;
// 7.SCL拉低
I2C_SCL_L;
}
/*
* 函数名：i2c_stop
* 函数功能：模拟i2c停止信号的时序
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
* */
void i2c_stop(void)
{
/*
* 停止信号 ： 时钟在高电平期间，数据线从低到高的变化
* ----------
* SCL /
* --------
* --- -------
* SDA X /
* --- -------
* */
// 1.设置SDA为输出模式
SET_SDA_OUT;
// 2.SCL拉低
I2C_SCL_L;
delay_us();
// 3.SDA拉低
I2C_SDA_L;
delay_us();
// 4.SCL拉高
I2C_SCL_H;
delay_us();
// 5.SDA拉高
I2C_SDA_H;
delay_us();
}
/*
* 函数名： i2c_write_byte
* 函数功能：主机向i2c总线上的从设备写8bits数据
* 函数参数：dat : 等待发送的字节数据
* 函数返回值： 无
* */
void i2c_write_byte(unsigned char dat)
{
/*
* 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
* 时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据
* ---- --------
* SCL \ / \
* -------- --------
* -------- ------------------ ---
* SDA X X
* -------- ------------------ ---
*
* 先发送高位在发送低位
* */
unsigned int i;
// 1.设置SDA为输出模式
SET_SDA_OUT;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
// 2.SCL拉低
I2C_SCL_L;
delay_us();
if (dat & 0x80)
{
I2C_SDA_H; // SDA拉高
}
else
{
I2C_SDA_L; // SDA拉低
}
delay_us();
I2C_SCL_H;
delay_us();
delay_us(); // 等待读数据
dat <<= 1;
}
}
/*
* 函数名：i2c_read_byte
* 函数功能： 主机从i2c总线上的从设备读8bits数据,
* 主机发送一个应答或者非应答信号
* 函数参数： 0 ： 应答信号 1 ： 非应答信号
* 函数返回值：读到的有效数据
*
* */
unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack)
{
/*
* 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
* 时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据
* ---- --------
* SCL \ / \
* -------- --------
* -------- ------------------ ---
* SDA X X
* -------- ------------------ ---
*
* 先接收高位， 在接收低位
* */
unsigned char dat;
unsigned int i;
SET_SDA_IN;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
I2C_SCL_L; // 等待从机向数据线写入数据
delay_us();
delay_us();
I2C_SCL_H; // SCL拉高
delay_us();
dat <<= 1;
if (I2C_SDA_READ)
{
dat |= 1; // 向数据线写入高电平
}
else
{
dat |= 0;
}
delay_us();
}
if (!ack)
{
i2c_ack();
}
else
{
i2c_nack();
}
return dat;
}
/*
* 函数名： i2c_wait_ack
* 函数功能： 主机作为发送器时，等待接收器返回的应答信号
* 函数参数：无
* 函数返回值：
* 0：接收到的应答信号
* 1：接收到的非应答信号
* */
unsigned char i2c_wait_ack(void)
{
/*
* 主机发送一个字节之后，从机给主机返回一个应答信号
*
* -----------
* SCL / M:读 \
* ------------- --------
* --- ---- --------------------
* SDA X X
* --- --------------------
* 主 释 从机 主机
* 机 放 向数据 读数据线
* 总 线写 上的数据
* 线 数据
* */
int ack;
I2C_SCL_L;
delay_us();
I2C_SDA_H; //释放总线
delay_us();
SET_SDA_IN;//变换总线方向
delay_us();
I2C_SCL_H;//SCL拉高
delay_us();//主机读取数据线上的数据
if(I2C_SDA_READ)
{
ack=1;//非应答
}
else{
ack=0;//应答
}
I2C_SCL_L;//总线处于占用状态
return ack;
}
/*
* 函数名： iic_ack
* 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送应答信号
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
* */
void i2c_ack(void)
{
/* --------
* SCL / \
* ------- ------
* ---
* SDA X
* --- -------------
* */
SET_SDA_OUT;//输出模式
I2C_SCL_L;//SCL拉低
delay_us();
I2C_SDA_L;//SDL拉低ack=0，应答信号
delay_us();
I2C_SCL_H;//SCL拉高，读数据
delay_us();
delay_us();
I2C_SCL_L;//SCL拉低，总线处于占用状态
}
/*
* 函数名： iic_nack
* 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送非应答信号
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
* */
void i2c_nack(void)
{
/* --------
* SCL / \
* ------- ------
* --- ---------------
* SDA X
* ---
* */
SET_SDA_OUT;
I2C_SCL_L;
delay_us();
I2C_SDA_H;
delay_us();
I2C_SCL_H;
delay_us();
delay_us();
I2C_SCL_L;
}
si7006.c
#include "iic.h"
#include "si7006.h"
extern void delay_ms(unsigned int ms);
/*
* 函数名：si7006_init
* 函数功能：SI7006芯片的初始化
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*/
void si7006_init(void)
{
i2c_init();
i2c_start();
i2c_write_byte(SI7006_SLAVE<<1);
i2c_wait_ack();
i2c_write_byte(0xE6);
i2c_wait_ack();
i2c_write_byte(0x3A);
i2c_wait_ack();
i2c_stop();
}
/*
* 函数名：si7006_read_data
* 函数功能：读取SI7006的转换结果
* 函数参数：
* slave_addr ： 从机地址
* reg_addr ： 寄存器地址
* 函数返回值：无
* 这段代码主要用来从I2C设备SI7006中读取数据。
* 它首先启动I2C总线，然后发送SI7006设备的地址，并等待确认。
* 接着发送要读取数据的寄存器地址，并等待确认。
* 然后再次启动I2C总线，发送SI7006设备的地址，并设置读取模式位，等待确认。
* 接着读取高字节数据，然后再读取低字节数据，
* 最后停止I2C总线，将读取到的高低字节数据合并成一个short型数据，并返回。
*/
short si7006_read_data(unsigned char slave_addr,
unsigned char reg_addr)
{
short dat;
unsigned char dat_h,dat_l;
i2c_start();
i2c_write_byte(slave_addr<<1);
i2c_wait_ack();
i2c_write_byte(reg_addr);
i2c_wait_ack();
i2c_start();
i2c_write_byte(slave_addr<<1|1);
i2c_wait_ack();
delay_us();
dat_h=i2c_read_byte(0);
dat_l=i2c_read_byte(1);
i2c_stop();
dat=dat_h;
dat<<=8;
dat |=dat_l;
return dat;
}
main.c
在main函数中，它调用si7006_init函数初始化传感器，然后在while循环中调用si7006_read_data函数读取温度和湿度数据，最后使用printf函数将温度和湿度数据打印出来。
#include "si7006.h"
extern void printf(const char *fmt, ...);
void delay_ms(int ms)
{
int i,j;
for(i = 0; i < ms;i++)
for (j = 0; j < 1800; j++);
}
int main()
{
short temp;
unsigned short hum;
si7006_init();
while(1)
{
hum = si7006_read_data(SI7006_SLAVE,0xE5);
temp = si7006_read_data(SI7006_SLAVE,0xE0);
printf("hum = %d\n",125*hum/65536 -6);
printf("temp = %d\n",176*temp/65536-47);
}
return 0;
}
实验结果
