STM32F4X I2C LM75
STM32F4X I2C LM75
- I2C协议讲解
-
- I2C接线
- I2C协议波形
- I2C起始信号
- I2C停止信号
- I2C应答信号
- I2C寻址
-
- I2C地址格式
- I2C数据传输
- LM75A
-
- LM75A介绍
- LM75A引脚说明
- LM75A地址
- LM75A寄存器
- LM75A I2C协议
-
- 写配置寄存器
- 读配置寄存器
- 写Tos和Thyst寄存器
- 读Tos Thyst Temp寄存器
- LM75A温度计算
- LM75A例程
-
- i2c.c
- i2c.h
- lm75.c
- lm75.h
- main.c
I2C协议是飞利浦公司在1982年发明的一种用于芯片之间通信的协议，其特点是电路硬件简单，可连接多个设备。在进行I2C通信时，只需要用到2根信号线，I2C通信可以达到几百K左右，适合低速的通信领域。
I2C协议讲解
I2C接线
I2C设备分为主机和从机，主机负责发送时钟信号，从机不发送时钟信号。I2C通信时只需要两个通信线，分别是时钟线SCL和数据线SDA。其中SCL是单向数据线，是主机发给从机，而SDA是双向数据线。因为I2C协议规定在空闲时候SCL和SDA要保持高电平，所以在电路设计时SCL和SDA要接分别接一个上拉电阻到VCC。
I2C协议波形
I2C协议的波形有如下的几个特点
- 开始数据传输时需要发送一个起始信号
- 结束数据传输时需要发送一个停止信号
- I2C每次传输的位数是8位，一个字节的数据
- 每次传输完一个数据后，在第9位需要有应答信号
- I2C每次进行数据传输前都需要发送一个从设备地址
I2C起始信号
在I2C开始通信前，主机要先发送一个起始信号，告诉从机开始准备通信。
首先要先把SCL和SDA拉高，保持一段时间，然后把SDA拉低，这时从机就会检测到一个起始信号。
I2C停止信号
当主机要结束通信时，需要发送一个停止信号，告诉从机，通信结束。
首先要先把SCL和SDA拉低，保持一段时间，然后把SDA拉高，这时从机就会检测到一个停止信号。
I2C应答信号
I2C协议规定，每传输完一个字节的数据，都需要有一个应答信号，应答信号的作用是确认数据是否已经被对方接受到，应答信号由接收数据的设备产生，可以是主机也可以是从机。
在数据发送或接收完成后，主机需要把SDA线拉高，然后等待从机或者主机把SDA线拉低，则代表有应答，如果SDA线保持为高电平，则代表没有应答。
I2C寻址
I2C的主机可以连接多个从机，这时候就会出现一个问题，当主机开始通信时，要怎么保证能找到对应的从机与之进行通信？为了解决这个问题，I2C协议引入了从机地址的概念，拿个日常生活的例子来说明。
某一天你的朋友来找你，他住在一家酒店里面，酒店里面有3间房间，房间号分别是101、102和103。在你出发前要先问清楚你朋友住在哪一间房间，这样才能保证不会找错。3个房间就代表3个I2C从机，房间号则代表I2C从机的地址。在I2C主机开始通信前，会先给所有的从机发送一个地址，如果有从机应答，则代表寻址正确，开始通信。这个从机地址在一个I2C总线上是唯一的。
I2C从机可以选择7位和10位，大多数的芯片都是7位地址，7位地址的模式下，一个I2C主机最多可以接128个从机设备，而10位地址模式下，一个I2C主机最多可以接1024个从机设备。
I2C地址格式
我们以7位地址模式为例，说一下I2C从机的地址格式
| A6 | A5 | A4 | A3 | A2 | A1 | A0 | R/W |
|---|
- A6~A0:I2C从机的地址
- R/W:设置主机读写模式，通常0为向I2C从机写数据，1为向I2C从机读数据
I2C数据传输
I2C协议规定，每次传输的数据为8位，在SCL为高电平时，SDA数据才有效，也就是说如果需要改变SDA的数据，则需要在SCL为低电平时进行修改。
LM75A
LM75A介绍
LM75A是NXP半导体公司推出的一具有I2C接口的数字温度传感器芯片，可广泛运用于系统温度管理、个人计算机、电子设备、工业控制器等方面。
特性：
- I2C 总线接口，器件地址 7 位从机地址 1001xxx，同一总线上可以外扩 8 个器件；
- 供电范围：2.8V～5.5V，温度范围：-55℃～+125℃；
- 11 位 ADC 提供温度分辨率达 0.125℃；
- 温度精度：±2℃(-25℃~100℃) ±3℃(-55℃~125℃)
- 可编程温度阈值和滞后设定点；
- 为了减低功耗，关断模式下消耗的电流仅为 1.0μA；
- 上电时器件可用作一个独立的温度控制器；
- 在 JEDEC 标准下（JESD78）所做的闩锁测试可达 100mA；
- 小型 8 脚封装：SO8、TSSOP8 和超小型封装 XSON8U。
LM75A引脚说明
| 管脚号 | 符号 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 1 | SDA | 数据线 |
| 2 | SCL | 时钟线 |
| 3 | OS | 过热关断输出，开漏 |
| 4 | GND | 地线 |
| 5 | A2 | 用户定义地址2 |
| 6 | A1 | 用户定义地址1 |
| 7 | A0 | 用户定义地址0 |
| 8 | VCC | 电源线 |
LM75A地址
LM75A的地址为7位，其地址定义如下
| A6 | A5 | A4 | A3 | A2 | A1 | A0 | R/W |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | A2 | A1 | A0 |
其中A0~A2是用户自定义的，可以接地和接VCC，但是不能悬空，根据其地址定义，同一个I2C总线上最多可以接8个LM75A器件。
LM75A寄存器
LM75内部有4个寄存器，其定义如下
除了配置寄存器为8位外，其他3个寄存器都是16位。
LM75A I2C协议
写配置寄存器
- 主机发送起始信号
- 主机发送从机写地址
- 主机等待从机应答
- 主机发送配置寄存器地址
- 主机等待从机应答
- 主机发送配置寄存器数据
- 主机等待从机应答
- 主机发送结束信号
读配置寄存器
- 主机发送起始信号
- 主机发送从机写地址
- 主机等待从机应答
- 主机发送配置寄存器地址
- 主机等待从机应答
- 主机重新发送起始信号
- 主机发送从机读地址
- 主机等待从机应答
- 主机读取从机数据
- 主机发送不应答信号
- 主机发送结束信号
写Tos和Thyst寄存器
- 主机发送起始信号
- 主机发送从机写地址
- 主机等待从机应答
- 主机发送Tos或Thyst寄存器地址
- 主机等待从机应答
- 主机发送16位数据中高8位数据
- 主机等待从机应答
- 主机发送16位数据中低8位数据
- 主机等待从机应答
- 主机发送结束信号
读Tos Thyst Temp寄存器
- 主机发送起始信号
- 主机发送从机写地址
- 主机等待从机应答
- 主机发送Tos、Thyst、Temp寄存器地址
- 主机等待从机应答
- 主机重新发送起始信号
- 主机发送从机读地址
- 主机等待从机应答
- 主机读取从机数据高8位数据
- 主机发送应答信号
- 主机读取从机数据低8位数据
- 主机发送不应答信号
- 主机发送结束信号
LM75A温度计算
LM75A的温度值保存在TEMP寄存器里面，温度寄存器是一个只读寄存器，包含2个8位的数据字节，由一个高数据字节(MS)和一个低数据字节(LS)组成。在这两个字节中只用到 11 位，来存放分辨率为 0.125℃的Temp数据（以二进制补码数据的形式。
根据 11 位的 Temp 数据来计算 Temp 值的方法：
若 D10=0，温度值（℃）＝＋（Temp 数据）×0.125℃；
若 D10=1，温度值（℃）＝－（Temp 数据的二进制补码）×0.125℃。
LM75A例程
i2c.c
#include "i2c.h"
void cpu_delay(unsigned int tns)
{
int i = 0;
while(i < tns)
{
__asm("NOP");
i++;
}
}
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(I2C_SCL_CLK,ENABLE);
RCC_AHB1PeriphClockCmd(I2C_SDA_CLK,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SCL_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(I2C_SCL_PORT,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = I2C_SDA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(I2C_SDA_PORT,&GPIO_InitStructure);
IIC_SDA_H;
IIC_SCL_H;
}
static void i2c_sda_out(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = I2C_SDA_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(I2C_SDA_PORT,&GPIO_InitStruct);
}
static void i2c_sda_in(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = I2C_SDA_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(I2C_SDA_PORT,&GPIO_InitStruct);
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
i2c_sda_out(); //sda线输出
IIC_SDA_H;
IIC_SCL_H;
cpu_delay(4);
IIC_SDA_L;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
cpu_delay(4);
IIC_SCL_L;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
i2c_sda_out(); //sda线输出
IIC_SDA_L;
IIC_SCL_L;
cpu_delay(4);
IIC_SDA_H;
IIC_SCL_H;
cpu_delay(4);
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
i2c_sda_in(); //SDA设置为输入
IIC_SDA_H;cpu_delay(1);
IIC_SCL_H;cpu_delay(1);
while(IIC_SDA_READ() == SET)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL_L;//时钟输出0
return 0;
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL_L;
i2c_sda_out();
IIC_SDA_L;
cpu_delay(2);
IIC_SCL_H;
cpu_delay(2);
IIC_SCL_L;
}
//不产生ACK应答
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL_L;
i2c_sda_out();
IIC_SDA_H;
cpu_delay(2);
IIC_SCL_H;
cpu_delay(2);
IIC_SCL_L;
}
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
i2c_sda_out();
IIC_SCL_L;//拉低时钟开始数据传输
for(t=0;t<8;t++)
{
if((txd&0x80) >> 7)
IIC_SDA_H;
else
IIC_SDA_L;
txd<<=1;
delay_ms(1);
IIC_SCL_H;
delay_ms(1);
IIC_SCL_L;
delay_ms(1);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
i2c_sda_in();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL_L;
delay_ms(2);
IIC_SCL_H;
receive<<=1;
if(IIC_SDA_READ())
receive++;
delay_ms(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();//发送nACK
else
IIC_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
i2c.h
#ifndef __I2C_H
#define __I2C_H
#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#define I2C_SCL_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define I2C_SDA_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB
#define I2C_SCL_PORT GPIOB
#define I2C_SDA_PORT GPIOB
#define I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_8
#define I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_9
#define IIC_SDA_H GPIO_SetBits(I2C_SDA_PORT, I2C_SDA_PIN)
#define IIC_SDA_L GPIO_ResetBits(I2C_SDA_PORT, I2C_SDA_PIN)
#define IIC_SCL_H GPIO_SetBits(I2C_SCL_PORT, I2C_SCL_PIN)
#define IIC_SCL_L GPIO_ResetBits(I2C_SCL_PORT, I2C_SCL_PIN)
#define IIC_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit(I2C_SDA_PORT, I2C_SDA_PIN)
void IIC_Init(void); //初始化IIC的IO口
void IIC_Start(void); //发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void); //发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号
#endif
lm75.c
#include "lm75.h"
unsigned char lm75_init(void)
{
IIC_Init();
}
void lm75_write_conf(unsigned char data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(LM75_ADDRESS);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(LM75_CONF_REG);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(data);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
}
unsigned char lm75_read_conf(void)
{
unsigned char data;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(LM75_ADDRESS);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(LM75_CONF_REG);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(LM75_ADDRESS + 0x1);
IIC_Wait_Ack();
data = IIC_Read_Byte(0);
IIC_Stop();
return data;
}
void lm75_write_tos_thyst(unsigned char reg,unsigned short data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(LM75_ADDRESS);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(reg);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte((data >> 8) & 0xFF);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(data & 0xFF);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
}
unsigned char lm75_read_tos_thyst_temp(unsigned char reg,unsigned short *data)
{
unsigned char datah,datal;
float temp;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(LM75_ADDRESS);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(reg);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(LM75_ADDRESS + 0x1);
IIC_Wait_Ack();
datah = IIC_Read_Byte(1);
datal = IIC_Read_Byte(0);
IIC_Stop();
*data = datah << 8 | datal;
}
lm75.h
#ifndef __LM75_H
#define __LM75_H
#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "i2c.h"
#define LM75_ADDRESS (0x48 << 1)
#define LM75_TEMP_REG (0x0)
#define LM75_CONF_REG (0x1)
#define LM75_THYST_REG (0x2)
#define LM75_TOS_REG (0x3)
unsigned char lm75_init(void);
void lm75_read_temp(void);
void lm75_write_conf(unsigned char data);
unsigned char lm75_read_conf(void);
void lm75_write_tos_thyst(unsigned char reg,unsigned short data);
unsigned char lm75_read_tos_thyst_temp(unsigned char reg,unsigned short *data);
#endif
main.c
#include "stm32f4xx.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "lm75.h"
extern u8 rx_buf[RX_BUF_SIZE];
extern u16 USART_RX_STA;
int main(void)
{
int i;
unsigned short temp_data,tempforh;
float temp;
NVIC_PriorityGroupConfig(2);
system_tick_init();
bsp_usart_init(115200);
lm75_init();
while(1){
delay_ms(1000);
lm75_read_tos_thyst_temp(LM75_TEMP_REG,&temp_data); // 读取温度
if(temp_data & 0x8000) // 温度为负数
{
tempforh = (temp_data >> 5 & 0xFFF);
tempforh = (tempforh ^ 0x7FF) + 1;
temp= tempforh * -0.125;
}
else // 温度为正数
temp=(temp_data >> 5 & 0xFFF) * 0.125;
printf("temp = %f\r\n",temp);
}
}
