1、IIC通信过程
主机发送起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位传送方向(0W，1R))、从机应答、发数据、应答、数据传输完，主机发送停止信号
2、起始信号和终止信号
SCL时钟线，SDA数据线
SCL高电平，SDA由高到低——起始信号
SCL高电平，SDA由低到高——终止信号
均由主机发出
3、应答信号和非应答信号
8位数据+1位应答位——一帧9位
8位数据传输完，第九个时钟周期，数据线(SDA)低电平，接收方还想接收数据，回复应答信号
数据线(SDA)高电平，接收方不想接收数据，回复非应信号
4、数据传输时机
时钟信号(SCL)高电平，数据线(SDA)稳定时，读取
时钟信号(SCL)低电平，数据线(SDA)高电平或低电平，写入
5、IIC从机选择及读写选择
传输信号包括地址信号、数据信号
起始信号后必须跟一个8位数据(7位从机地址+1位传送方向位(R/W))(0——W、1——R)
6、IIC读写时序
主机向从机发送：
主机发送起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位写标志)、从机应答、主机发送8位从机寄存器地址、从机应答、主机发送8位数据、从机应答、主机发起终止信号
主机读取从机数据：
主机发送起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位写标志)、从机应答、主机发起重复起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位读标志)、从机应答、从机发送8位数据、主机非应答信号、主机发起终止信号
实验：I2C读取温湿度传感器数据
1、SCL时钟线——PF14，SDA数据线——PF15 引脚连接
I2C总线引脚初始化：(PF14、PF15共同初始化)使能GPIOF外设时钟、设输出功能、推挽输出、输出速度、上拉下拉、空闲状态下的SCL和SDA状态(拉高)——起始信号要求SCL高，SDA从高到低
2、模拟I2C开始信号时序
SDA数据线保持输出状态 PF15输出；(PF15管脚设为输出)
空闲状态SCL、SDA拉高(起始信号要求SCL高，SDA从高到低);(选用ODR(设置)、BSRR(复位)、BRR(清空)使输出高低电平)
延迟一段时间，保持稳定后，拉低SDA数据线完成起始信号；
延迟一段时间，拉低SCL时钟线，才能进行写入数据；
3、主机向从机写数据(高位到低位)
SDA数据线保持输出状态 PF15输出；(PF15管脚设为输出)
时钟线拉低，才能写数据；
循环发送数据8位(0-7)，延迟时间，保持时钟线稳定，开始发送数据;(要发送的数据 dat & 0x80(10000000)，判断其真假，真则拉高数据线为高电平1，否则拉低数据线为低电平0)
每次发送一位数据，延时后拉高时钟线(SCL)，接收器才能读数据；
延时等待接收器接收数据，再延时后将数据左移一位再&0x80进行循环
程序代码：
main.c:
#include "si7006.h"
extern void printf(const char* fmt, ...);
int main()
{
//si7006初始化
si7006_init();
unsigned short hum;
short tem;
while(1)
{
//读取温湿度
hum=si70006_read_hum();
tem=si70006_read_tem();
//计算温湿度数据
hum=hum*125/65536-6;
tem=tem*175.72/65536-46.85;
printf("hum:%d\n",hum);
printf("tem:%d\n",tem);
delay_ms(1000);
//湿度大于65开启马达
if(hum>65)
{
GPIOF->ODR |= (0x1<<6);
}
else if(hum<=60) //湿度小于60关闭马达
{
GPIOF->ODR &= (~(0x1<<6));
}
//温度大于25开启风扇
if(tem>=25)
{
GPIOE->ODR |= (0x1<<9);
}
else if(tem<25) //湿度小于25关闭风扇
{
GPIOE->ODR &= (~(0x1<<9));
}
}
return 0;
}si7006.h:
#ifndef __SI7006_H__
#define __SI7006_H__
#include "iic.h"
void delay_ms(int ms);
void si7006_init();
unsigned short si70006_read_hum();
short si70006_read_tem();
#endifsi7006.c:
#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<2000;j++)
{
}
}
}
void si7006_init()
{
//发起起始信号
i2c_init();//I2C总线引脚初始化
i2c_start();//模拟i2c开始信号的时序
//发送7bit从机地址和写标志位 0x80
i2c_write_byte(0x40<<1|0);//主机向从机写8bit数据
//等待从机应答
i2c_wait_ack();//等待接收器应答
//发送寄存器地址 0XE6
i2c_write_byte(0xE6);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();//等待接收器应答
//向从机发送数据 0x3A
i2c_write_byte(0x3A);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//发送终止信号
i2c_stop();
}
unsigned short si70006_read_hum()//湿度读取
{
unsigned char hum_l,hum_h;
unsigned short hum;
//主机发送起始信号
i2c_init();
i2c_start();
//主机发送7bit从机地址+1bit写标志
i2c_write_byte(0x40<<1|0);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//主机发送8bit寄存器地址
i2c_write_byte(0xE5);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//主机发起重复起始信号
i2c_start();
//主机发送7bit从机地址+1bit 读 0x81
i2c_write_byte(0x40<<1|1);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//延时等待从机测量数据
delay_ms(100);
//读取湿度的高8bit数据 hum_h
//发送应答信号
hum_h=i2c_read_byte(0);
//读取湿度的低8位数据 hum_l
//发送非应答信号
hum_l=i2c_read_byte(1);
//发送终止信号
//将读取到的数据的低8位和高8位合成一个完整数据
hum=hum_h<<8 | hum_l;
return hum;
}
short si70006_read_tem()//温度读取
{
unsigned char tem_l,tem_h;
unsigned short tem;
//主机发送起始信号
i2c_init();
i2c_start();
//主机发送7bit从机地址+1bit写标志
i2c_write_byte(0x40<<1|0);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//主机发送8bit寄存器地址
i2c_write_byte(0xE3);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//主机发起重复起始信号
i2c_start();
//主机发送7bit从机地址+1bit 读 0x81
i2c_write_byte(0x40<<1|1);
//等待从机应答
i2c_wait_ack();
//延时等待从机测量数据
delay_ms(100);
//读取温度的高8bit数据 tem_h
//发送应答信号
tem_h=i2c_read_byte(0);
//读取温度的低8位数据 tem_l
//发送非应答信号
tem_l=i2c_read_byte(1);
//发送终止信号
//将读取到的数据的低8位和高8位合成一个完整数据
tem=tem_h<<8 | tem_l;
return tem;
}
iic.h:
#ifndef __IIC_H__
#define __IIC_H__
#include "stm32mp1xx_gpio.h"
#include "stm32mp1xx_rcc.h"
/* 通过程序模拟实现I2C总线的时序和协议
* GPIOF ---> AHB4
* I2C1_SCL ---> PF14
* I2C1_SDA ---> PF15
*
* */
#define SET_SDA_OUT do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30)); \
GPIOF->MODER |= (0x1 << 30);}while(0)
#define SET_SDA_IN do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30));}while(0)
#define I2C_SCL_H do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 14);}while(0)
#define I2C_SCL_L do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 14);}while(0)
#define I2C_SDA_H do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 15);}while(0)
#define I2C_SDA_L do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 15);}while(0)
#define I2C_SDA_READ (GPIOF->IDR & (0x1 << 15))
void delay_us(void);//微秒延时
void delay(int ms);
void i2c_init(void);//初始化
void i2c_start(void);//起始信号
void i2c_stop(void);//终止信号
void i2c_write_byte(unsigned char dat);//写一个字节数据
unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack);//读取一个字节数据
unsigned char i2c_wait_ack(void); //等待应答信号
void i2c_ack(void);//发送应答信号
void i2c_nack(void);//发送非应答信号
#endif 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) //微秒级延时
{
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);
//使能风扇的时钟
RCC->MP_APB2ENSETR |= 0x1;
//使能马达的时钟
RCC->MP_APB2ENSETR |= (0x1<<3);
// 设置PF14，PF15引脚为通用的输出功能
GPIOF->MODER &= (~(0xF << 28));
GPIOF->MODER |= (0x5 << 28);
//设置PE9为输出
GPIOE->MODER &= (~(0x3<<18));
GPIOE->MODER |= (0x1<<18);
//设置PF6为输出
GPIOF->MODER &= (~(0x3<<12));
GPIOF->MODER |= (0x1<<12);
// 设置PF14, PF15引脚为推挽输出
GPIOF->OTYPER &= (~(0x3 << 14));
//设置PE9为推挽输出
GPIOE->OTYPER &= (~(0x1<<9));
//设置PF6为推挽输出
GPIOF->OTYPER &= (~(0x1<<6));
// 设置PF14, PF15引脚为高速输出
GPIOF->OSPEEDR |= (0xF << 28);
//设置PE9为低速输出
GPIOE->OSPEEDR &= (~(0x3<<18));
//设置PF6为低速输出
GPIOF->OSPEEDR &= (~(0x3<<12));
// 设置PF14, PF15引脚的禁止上拉和下拉
GPIOF->PUPDR &= (~(0xF << 28));
//设置PE9没有上拉下拉电阻
GPIOE->PUPDR &= (~(0x3<<18));
//设置PF6没有上拉下拉电阻
GPIOF->PUPDR &= (~(0x3<<12));
// 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 \
* --------
* */
//确保SDA是输出状态 PF15输出
SET_SDA_OUT;
// 空闲状态SDA和SCL拉高
I2C_SCL_H;
I2C_SDA_H;
delay_us();//延时等待一段时间
I2C_SDA_L;//数据线拉低
delay_us();//延时等待一段时间
I2C_SCL_L;//时钟线拉低，让总线处于占用状态
}
/*
* 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 /
* --- -------
* */
//确保SDA是输出状态 PF15输出
SET_SDA_OUT;
//时钟线拉低
I2C_SCL_L;//为了修改数据线的电平
delay_us();//延时等待一段时间
I2C_SDA_L;//数据线拉低
delay_us();//延时等待一段时间
//时钟线拉高
I2C_SCL_H;
delay_us();//延时等待一段时间
I2C_SDA_H;//数据线拉高
}
/*
* 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
* */
//确保SDA是输出状态 PF15输出
SET_SDA_OUT;
unsigned int i;
for(i=0;i<8;i++)
{
//时钟线拉低
I2C_SCL_L;
delay_us();//延时
//0X3A->0011 1010 0X80->10000000
if(dat&0X80)//最高位为1
{
//发送1
I2C_SDA_H;
}
else //最高位为0
{
I2C_SDA_L;//发送0
}
delay_us();//延时
//时钟线拉高，接收器接收
I2C_SCL_H;
delay_us();//延时,用于等待接收器接收数据
delay_us();//延时
//将数据左移一位，让原来第6位变为第7位
dat = 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 int i;
unsigned char dat;//保存接受的数据
//将数据线设置为输入
SET_SDA_IN;
for(i=0;i<8;i++)
{
//先把时钟线拉低，等一段时间，保证发送器发送完毕数据
I2C_SCL_L;
delay_us();
delay_us();//保证发送器发送完数据
//时钟线拉高，读取数据
I2C_SCL_H;
delay_us();
dat=dat<<1;//数值左移 一定要先左移在赋值，不然数据会溢出
if(I2C_SDA_READ)//pf15管脚得到了一个高电平输入
{
dat |=1; //0000 0110
}
else
{
dat &=(~0X1);
}
delay_us();
}
if(ack)
{
i2c_nack();//发送非应答信号，不再接收下一次数据
}
else
{
i2c_ack();//发送应答信号
}
return dat;//将读取到的数据返回
}
/*
* 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
* */
//时钟线拉低，接收器可以发送信号
I2C_SCL_L;
I2C_SDA_H;//先把数据线拉高，当接收器回应应答信号时，数据线会拉低
delay_us();
SET_SDA_IN;//设置数据线为输入
delay_us();//等待从机响应
delay_us();
I2C_SCL_H;//用于读取数据线数据
if(I2C_SDA_READ)//PF15得到一个高电平输入，收到非应答信号
return 1;
I2C_SCL_L;//时钟线拉低，让数据线处于占用状态
return 0;
}
/*
* 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
* --- -------------
* */
//保证数据线是输出
SET_SDA_OUT;
I2C_SCL_L;//拉低时钟线
delay_us();
I2C_SDA_L;//数据线拉低，表示应答信号
delay_us();
I2C_SCL_H;//时钟线拉高，等待发送器读取应答信号
delay_us();//让从机读取我们当前的回应
delay_us();
I2C_SCL_L;//数据线处于占用状态，发送器发送下一次数据
}
/*
* 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
* ---
* */
//保证数据线是输出
SET_SDA_OUT;
I2C_SCL_L;//拉低时钟线
delay_us();
I2C_SDA_H;//数据线拉高，表示非应答信号
delay_us();
I2C_SCL_H;//时钟线拉高，等待发送器读取应答信号
delay_us();
delay_us();
I2C_SCL_L;//数据线处于占用状态，发送器发送下一次数据
}运行结果：
