七、I2C通信读取LM75B温度

news2025/4/22 11:27:57

7.1 概述

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种同步、多主从、串行通信协议，由飞利浦公司开发，主要用于短距离通信，尤其在集成电路之间。

7.1.1 主要特点

两线制：仅需SDA（数据线）和SCL（时钟线）两根线。

多主从结构：支持多个主设备和从设备。

地址寻址：每个从设备有唯一地址，主设备通过地址选择通信对象。

低速到中速：标准模式100 kbps，快速模式400 kbps，高速模式3.4 Mbps。

7.1.2 通信过程

I²C 总线可以连接多个从设备，每个从设备都有一个唯一的地址（7 位或 10 位）。

主设备通过发送从设备地址来选择与之通信的从设备。

当主设备发送从设备地址时，从设备会将自己的地址与接收到的地址进行比较。

如果地址匹配，从设备会响应主设备并参与后续通信；如果不匹配，从设备会忽略通信。

        主机发送起始信号拉低总线，然后再发送一个字节来指明跟哪个从机通信（从机地址）以及通信的方向（主机收信息还是主机发信息），然后被寻址的从机发送应答信号回应主机，之后就开始发收了，主发从收，或者从收主发，发送器发一个，接收器应答一下。在发送完后，主机发送停止信号释放总线。

起始条件：SCL高电平时，SDA从高到低跳变。

地址传输：主设备发送7位或10位从设备地址和读写位。

数据传输：每8位数据后跟一个ACK/NACK确认位，即9位。

停止条件：SCL高电平时，SDA从低到高跳变。

在发送过程中，数据只在SCL为高电平时发送，每一个SCL的高电平发送一位（位数高到低），除了起始和停止信号，在数据传输期间，SCL为高电平时，SDA必须保持稳定，不允许改变，在SCL低电平时才可以进行变化。

发送器发8个信号，接收器应答一下，应答为低电平，非应答高电平，可能没收到，或者不收了

7.2 引脚及温度传感器介绍

7.2.1 SCL、SDA

        如下图左边，SCL对应CPU引脚为PIO0_4, SDA对应CPU引脚为PIO0_5。

7.2.2 LM75B温度传感器

将测量到的温度通过数据线发出，发两次，高8位，低8位，拼接起来就行

7.3 寄存器

7.3.1 控制置位寄存器 I2C0CONSET

        通过写1使相应位置位，写0无效

位符号描述
1：0保留
2AA声明应答标志，为0返回非应答信号
3SII2C中断标志，I2C状态改变时SI置位
4STO

停止标志，总线检测到停止条件自动清零

主模式下发送停止条件

从模式下从错误状态中恢复

5STA开始标志，进入主模式，发送起始条件或重复起始条件
6I2EN接口使能
7保留

7.3.2 I2C控制清零寄存器 I2C0CONCLR

        写1将I2C0CONSET中的寄存器相应位清零

位符号描述
1：0保留
2AAC声明应答清零
3SIC中断清零
4

保留

5STACSTART标志位清零
6I2ENC接口禁能
7保留

7.3.3 状态寄存器 I2C0STAT

        只读寄存器。 [7:3]位存状态码，0xF8时SI不置位，其他状态码对应一个I2C状态，这些状态对应其中任一状态时，SI置位。

7.3.4 数据寄存器 I2C0DAT

        包含要发送的数据或刚接收的数据。收发都是从右向左移位，先高位7MSB，再低位

        [7:0]存已接收或将要发送的数据值

7.3.5 监控模式寄存器 I2C0MMCTRL

在I2C总线的监控模式下，设备可以监视I2C总线上正在进行的所有通信活动，包括读取数据、写入数据等，但不会对总线进行控制。

位1有效
0MM_ENA

监控模式使能

SDA输出被强制为高电平，防止I2C模块向总线输出数据

1ENA_SCL

SCL输出使能

模块可以与正常操作中相同方式控制时钟线

可以使得有足够时间相应I2C中断

3MATCHALL

选择中断寄存器匹配

0：只有在4个地址寄存器中的一个出现匹配才产生中断

1：可在任意接收地址上产生中断，监控总线上所有通信

7.3.6 数据缓冲寄存器 I2C0DATABUFFER

[7:0]位保存I2C0DAT数据寄存器中高8位内容

在监控模式下，ENA_SCL不置位，则I2C模块不能控制时钟线，接收数据的时间有限，I2C0DAT中老内容会被覆盖，为使处理器有更多时间相应，就在总线每接收9位（8位数据1位应答），就把高8位内容自动传输到DATABUFFER

7.3.7 从地址寄存器 I2C0ADR[0, 1, 2, 3]

        I2C从模式下可用，主模式无效

在 I²C 通信中，从地址寄存器（Slave Address Register）用于存储 I²C 从设备（Slave Device）的地址。这个地址是 I²C 主设备（Master Device）与从设备通信时的重要标识。

位符号
0GC通用调用使能位，识别通用调用地址0x00
7:1地址从模式的I2C器件地址,若值为0x00，则与总线上任意地址匹配（课本上不与好像错了）

7.3.8 屏蔽寄存器 I2C0MASK[0, 1, 2, 3]

        进行地址匹配时会把屏蔽寄存器中的地址忽略，也就是我如果是从机，我屏蔽了我的地址I2C0ADR，那么我就当没有这个地址，主机匹配这个地址时匹配不到我

四个屏蔽寄存器各包含7个有效位[7:1] 

        通用调用地址0x00无法屏蔽，因为默认就是屏蔽这个地址，有违通用调用之名

7.3.9 高电平占空比寄存器,低电平占空比寄存器 I2C0SCLH,I2C0SCLL

I2C时钟不分频就是系统时钟 48MHz 标准480 快速120 快速plus48

I2C0SCLH,I2C0SCLL值可以随便取，但是单个值必须大于等于4

7.4 获取温度

        获取LM75中的温度

照样，移植上次的UART工程，修改代码如下

main.c

#include <LPC11xx.h>
#include "LED.h"
#include "Button.h"
#include "TIMER.h"
#include "UART.h"
#include "string.h"
#include "I2C.h"
char buf[7];

void Get_temputerature(void);
int32_t Temputerature_Test(void);

int main(void)
{
	LED_Init();
    LED_ON();
    UART_Init();
    I2CInit();
	
	// 定义要发送的数据
    char message[] = "Hello, world!";

    // 计算数据长度，不包括结束符 '\0'
    int length = strlen(message);
	// 调用UART_Send函数发送数据
    UART_Send(message, length);	
	
	//发送换行
	UART_Send_Bit(0x0d);
	UART_Send_Bit(0x0a);
	
    while (1)
    {
		Get_temputerature();
		UART_Send("Temputerature = ",16);
		UART_Send(buf,7);  //发送温度到pc
		UART_Send_Bit('C');
		delay_ms(1000);
    }
}


/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: Temputerature_Test()
*	功能说明: 读取温度数据
*	形    参：无
*	返 回 值: 温度值*1000的整数值
*********************************************************************************************************
*/
int32_t Temputerature_Test(void)
{
	uint16_t Temputerature_8,Temputerature_16;
	float Temputerature;
	I2C_Start();//start
	I2C_Send_Byte(0x91);//读
	LPC_I2C->CONSET =(1<<2);//AA=1
	Temputerature_8=I2C_Recieve_Byte();//高八位
	LPC_I2C->CONCLR =(1<<2);//AA=0
	Temputerature_16=(Temputerature_8<<8)+I2C_Recieve_Byte();//合成温度
	I2C_Stop();//STOP
	//温度转换
	Temputerature_16=Temputerature_16>>5;
	if(Temputerature_16&0x0400)
	{
		Temputerature=-(~(Temputerature_16&0x03ff)+1)*0.125;
	}else
	{
		Temputerature=0.125*(float)(Temputerature_16);
	}
	return (int32_t)(Temputerature*1000);
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: Get_temputerature()
*	功能说明: 温度数据转化为十进制
*	形    参: 无
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void Get_temputerature(void)
{
	int32_t temp;
	temp=Temputerature_Test();//获得温度
	//将int 转为char 同时'0'对应00000000 对数值无影响
	buf[0]=temp/100000+'0';//
	if((temp/100000)==0) buf[0]=' ';//不显示0
	else if(temp < 0) buf[0] = '-'; // 小于零
	
	buf[1]=temp/10000%10+'0';
	buf[2]=temp/1000%10+'0';
	buf[3]='.';
	buf[4]=temp/100%10+'0';
	buf[5]=temp/10%10+'0';
	buf[6]=temp%10+'0';
}

I2C.c

#include "I2C.h"

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: I2CInit()
*	功能说明: I2C 初始化
*	形    参：无
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void I2CInit(void)
{
	LPC_SYSCON->PRESETCTRL |= (1<<1); //复位取消
	LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |=(1<<5);//使能I2C
	LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |=(1<<16);//使能IO配置块
	//选择快速模式
	LPC_IOCON->PIO0_4 &=~(0X3F); //选择快速模式
	LPC_IOCON->PIO0_4 |=0X01;//选择SCL
	LPC_IOCON->PIO0_5 &=~(0X3F); //选择快速模式
	LPC_IOCON->PIO0_5 |=0X01;//选择SDA
	//设置SCL频率为400kHZ
	LPC_I2C->SCLH=40;
	LPC_I2C->SCLL=80;
	//使能I2C 同时将其他控制位清0
	LPC_I2C->CONCLR=0XFF;     //清所有标志
	LPC_I2C->CONSET |=(1<<6);    //使能I2C接口
}


/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: I2C_Start()
*	功能说明: 发送开始信号
*	形    参：无
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void I2C_Start(void)
{
	LPC_I2C->CONSET =(1<<5);// 发送开始信号 5位STA起始
	while(!(LPC_I2C->CONSET&(1<<3)));//等待开始信号发送完成 SI置位
	LPC_I2C->CONCLR =(1<<5|1<<3); //清零START 和SI 3位SI中断标志
}


/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: I2C_Stop()
*	功能说明: 发送停止信号
*	形    参：无
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void I2C_Stop(void)
{
	LPC_I2C->CONCLR =(1<<3);
	LPC_I2C->CONSET =(1<<4);// 发送停止信号
	while((LPC_I2C->CONSET&(1<<4)));//等待停止信号发送完成 SI置位
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: I2C_Send_Byte(uint8_t data)
*	功能说明: 发送一个字节
*	形    参：data 1字节数据
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void I2C_Send_Byte(uint8_t data)
{
	LPC_I2C->DAT=data;
	LPC_I2C->CONCLR =(1<<3); //开始发送数据 清SI
	while(!(LPC_I2C->CONSET&(1<<3)));//等待数据发送完成 SI置位
}

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: I2C_Recieve_Byte()
*	功能说明: 接收一个字节
*	形    参：无
*	返 回 值: 一字节接收数据
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t I2C_Recieve_Byte(void)
{
	LPC_I2C->CONCLR =(1<<3);//开始接受数据  清SI
	while(!(LPC_I2C->CONSET&(1<<3)));//等待接受数据完成 SI置位
	return (uint8_t)LPC_I2C->DAT;
}

I2C.h

#ifndef _I2C_H_
#define _I2C_H_

#include <LPC11xx.h>

void I2CInit(void);
void I2C_Start(void);
void I2C_Stop(void);
void I2C_Send_Byte(uint8_t data);
uint8_t I2C_Recieve_Byte(void);

#endif

打开串口，效果如下

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