IIC总线实验

IIC总线实验

• 一、IIC总线基础概念

• 1、I2C总线是PHLIPS公司在八十年代初推出的一种同步串行半双工总线，主要用于连接整体电路。

• 2、I2C总线为两线制，只有两根双向信号线

• 3、一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL

• 4、I2C硬件结构简单，接口连接方便，成本较低,因此在各个领域得到了广泛的应用

• 5、IIC总线传输速率

• 低速：100k

• 中速：400k

• 高速：3.4M

• 6、IIC总线外借两个上拉电阻作用：总线在空闲状态，保持高电平状态
  

• 二、IIC硬件连接

• 

• 1、IIC总线支持多主机多从机模式，在同一时刻，只能与一个从机进行通讯

• 2、IIC总线在实际开发过程中，大多数采用单主机多从机模式

• 3、挂接到IIC总线上的每一个从设备，都有自己唯一的7位地址

• 4、在总线上，发送数据的叫做发送器，接收数据的叫做接收器

• 5、主动发起数据的叫做主机，只能被动进行接收数据的叫做从机

• 6、时钟信号只能由主机产生，作用给从机，完成IIC总线上数据收发同步

• 三、IIC硬件电路图

• 
  

• 四、IIC时序

• 4.1 起始/停止信号
  

• 1）起始信号：在SCL线为高电平期间，数据线从高到低的变化(下降沿)

• 2）停止信号：在SCL线为高电平期间，数据线从低到高的变化(上升沿)

• 3）备注：起始信号产生之后，总线处于占用状态
  停止信号产生之后，总线处于空闲状态

• 起始信号和停止信号都由主机产生

• 4.2 数据传输
  

• 1）在SCL为高电平期间，数据线上的数据保持稳定，接收器从数据线读取数据 ---->读数据

• 2）在SCL为低电平期间，数据线上的数据允许变化，发送器向数据线写入数据 ---->写数据

• 4.3 应答信号和非应答信号
  

• 1）每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位，在发送低位，每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位，一帧数* * 据 = 8位数据位 + 1位应答位

• 2）发送器发送完8位数据之后，接收器在第9个时钟周期，返回一个应答信号或者非应答信号

• 在第9个时钟周期，接收器向数据线上写入0(应答信号) / 1(非应答信号)

• 在第9个时钟周期，发送器从数据线上读取信号

• 读0(低电平)：应答信号

• 读1(高电平)：非应答信号

• 4.4 寻址
  

• 1）IIC总线进行数据传输是广义的，包括地址信号和传输数据信号

• 2）主机在起始信号产生之后，需要发送7位从机地址 + 读/写位

• 3）用0表示写信号(发送数据)，用1表示读信号(接收数据)

• 五、框图
  

• 六、IIC协议

• 6.1 主机给从机发送一个字节

• 主机：发送器 从机：接收器
  

• 6.2 主机给从机发送多个连续字节
  

• 6.3 从机给主机发送一个字节

• 从机：发送器 主机：接收器
  

• 6.4 从机给主机发送多个连续字节
  

• 七、分析si7006芯片手册

• 7.1 分析思路

• 1、分析si7006从机地址

• 2、找到采集温湿度值所对应的命令码

• 3、分析如何将si7006芯片进行初始化 1）地址(0xE6) 2）地址里面写入的值(0x3A)

• 4、分析si7006芯片手册中IIC协议

• 5、将数字量如何转换为模拟量

• 7.2 从机地址
  

• 从机地址 + 读：0x40 << 1 | 1

• 从机地址 + 写：0x40 << 1 | 0

• 7.3 命令码
  

• 7.4 si7006协议
  * 7.5 转换湿度公式
  

• 7.6 转换温度公式
  

• 7.7 si7006芯片初始化
  

• 八、通过GPIO引脚模拟
  

• 九、移位问题

== dat = 0; 左移1位放到if前边
左移移位之后 接收数据
<< 1 0000 0000 0000 0001
<< 1 0000 0010 0000 0011
<< 1 0000 0110 0000 0111
<< 1 0000 1110 0000 1111
<< 1 0001 1110 0001 1111
<< 1 0011 1110 0011 1111
<< 1 0111 1110 0111 1111
<< 1 1111 1110 1111 1111

dat = 0; 左移1位放到if后边(不行)
接收数据 左移一位之后
0000 0001 << 1 0000 0010
0000 0011 << 1 0000 0110
0000 0111 << 1 0000 1110
0000 1111 << 1 0001 1110
0001 1111 << 1 0011 1110
0011 1111 << 1 0111 1110
0111 1111 << 1 1111 1110
1111 1111 << 1 1111 1110

空气温湿度检测

main.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 < 1800; j++);
}
int main()
{
	short temp;
	unsigned short hum;
	si7006_init();
	while (1)
	{
		hum = si7006_read_hum_data(SI7006_SLAVE, 0xE5);
		temp = si7006_read_temp_data(SI7006_SLAVE, 0xE0);
		printf("hum = %d\n", 125 * hum / 65536 - 6);
		printf("temp = %d\n", 176 * temp / 65536 - 47);
	}

	return 0;
}

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     \
	 *          --------
	 * */	
	SET_SDA_OUT;		//设置数据线为输出模式
	I2C_SCL_H;			//SCL拉高
	delay_us();
	I2C_SDA_H;			//SDA拉高
	delay_us();
	I2C_SDA_L;			//SDA拉低
	I2C_SCL_L;			//起始信号产生后，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       /
	 *    --- -------
	 * */
	SET_SDA_OUT;			//设置数据线为输出模式
	I2C_SCL_L;				//SCL拉低,数据线上数据允许变化
	delay_us();
	I2C_SDA_L;				//SDA拉低
	delay_us();
	I2C_SCL_H;				//SCL拉高
	delay_us();
	I2C_SDA_H;				//SDA拉高
	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 
	 * */
	//设置总线为输出模式
	SET_SDA_OUT;
	//for循环，条件8位，实现低电平期间，高低移位
	unsigned int i;
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		//SCL拉低，向数据线上写入数据
		I2C_SCL_L;
		delay_us();
		if (dat & 0x80)
		{	
			//向数据线上写入高电平
			I2C_SDA_H;
		}
		else
		{
			//向数据线上写入低电平
			I2C_SDA_L;
		}
		delay_us();
		//等待从机从总线上读取数据
		I2C_SCL_H;
		delay_us();
		delay_us();
		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 
	 * */
	//设置总线为输入模式
	SET_SDA_IN;
	unsigned int i;
	unsigned char dat;			//存放读取的值
	//for循环，SCL高电平期间
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		//SCL拉低，等待从机丛总线上写完数据
		I2C_SCL_L;
		delay_us();
		delay_us()

		//SCL拉高,从数据线上读取数据
		I2C_SCL_H;
		delay_us();

		//数据移位
		dat <<= 1;
		if (I2C_SDA_READ)			//从总线上读取到的内容
		{
			dat |= 1;				//高电平
		}
		else
		{
			dat |= 0;				//低电平
		}
	}
	if (!ack)
	{
		i2c_ack();					//应答信号
	}
	else
	{
		i2c_nack();					//非应答信号
	}
	return dat;						//返回值
}
/*
 * 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
	 * */	
	//SCL拉低
	I2C_SCL_L;
	delay_us();
	//SDA拉高，释放总线，总线处于空闲状态
	I2C_SDA_H;
	delay_us();
	//设置数据线为输入模式
	SET_SDA_IN;
	delay_us();
	//拉高SCL，从总线上读取内容
	I2C_SCL_H;
	delay_us();
	if (I2C_SDA_READ)
	{
		//非应答信号
		return 1;
	}
	//总线处于占用状态
	I2C_SCL_L;
	//应答信号
	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 
	 *    --- -------------
	 * */
	//SCL拉低
	I2C_SCL_L;
	delay_us();
	//设置总线为输出模式
	SET_SDA_OUT;
	delay_us();
	//把SDA拉高
	I2C_SDA_L;
	delay_us();
	I2C_SCL_H;
	delay_us();
	delay_us();
	I2C_SCL_L;

}
/*
 * 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 
	 *    --- 
	 * */	
	 //SCL拉低
	I2C_SCL_L;
	delay_us();
	//设置总线为输出模式
	SET_SDA_OUT;
	delay_us();
	//把SDA拉低
	I2C_SDA_H;
	delay_us();
	I2C_SCL_H;
	delay_us();
	delay_us();
	I2C_SCL_L;
}

iic.h

#ifndef __IIC_H__
#define __IIC_H__
#include "stm32mp1xx_gpio.h"
#include "stm32mp1xx_rcc.h"
#include "gpio.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);
void i2c_init(void);
void i2c_start(void);
void i2c_stop(void);
void i2c_write_byte(unsigned char  dat);
unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack);
unsigned char i2c_wait_ack(void);       
void i2c_ack(void);
void i2c_nack(void);

#endif 

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 | 0);
	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
*/
unsigned short si7006_read_hum_data(unsigned char slave_addr, 
		unsigned char reg_addr)
{
	unsigned short data;
	unsigned char data_h;
	unsigned char data_l;
	i2c_start();
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 0);
	i2c_wait_ack();
	i2c_write_byte(reg_addr);
	i2c_wait_ack();
	i2c_start();
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 1);
	i2c_wait_ack();
	delay_ms(1000);
	data_h = i2c_read_byte(0);
	data_l = i2c_read_byte(1);
	i2c_stop();
	data = data_h;
	data <<= 8;
	data |= data_l;
	return data;
}
short si7006_read_temp_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr)
{
	short data;
	unsigned char data_h;
	unsigned char data_l;
	i2c_start();
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 0);
	i2c_wait_ack();
	i2c_write_byte(reg_addr);
	i2c_wait_ack();
	i2c_start();
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 1);
	i2c_wait_ack();
	delay_ms(1000);
	data_h = i2c_read_byte(0);
	data_l = i2c_read_byte(1);
	i2c_stop();
	data = data_h;
	data <<= 8;
	data |= data_l;
	return data;
}

si7006.h

#ifndef __SI7006_H__
#define __SI7006_H__

#include "iic.h"
#define        SI7006_SLAVE      0x40

void si7006_init(void);
//读取湿度
unsigned short si7006_read_hum_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr);
//读取温度
short si7006_read_temp_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr);

#endif //__SI7006_H__