ARM I2C通信

1.概念

	I2C总线是PHLIPS公司在八十年代初推出的一种串行的半双工同步总线，主要用于连接整体电路

2.IIC总线硬件连接

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1.IIC总线支持多主机多从机，但是在实际开发过程中，大多数采用单主机多从机模式
2.挂接到IIC总线上，每个从机设备都有自己的7bit从机地址
3.在总线上，发送数据的叫做发送器，接收数据叫做接收器
4.主动发起数据的叫做主机，只能被动接收数据的叫做从机
5.时钟信号由主机产生，作用：给从机，为了IIC总线上传输数据同步

3.IIC总线时序

3.1起始信号

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在SCL为高电平期间，SDA从高到低的变化(下降沿)，属于起始信号
起始信号由主机产生，起始信号产生之后，总线占用状态

3.2停止信号

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在SCL为高电平期间，SDA从低到高的变化(上升沿)，属于终止信号
停止信号由主机产生，停止信号产生之后，总线空闲状态

3.3数据传输信号(读写)

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1.在SCL为高电平期间，数据线上的数据保持稳定，接收器从数据线上读取数据
2.在SCL为低电平期间，数据线上的数据允许变化，发送器向数据线上写入数据

3.4应答信号

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1.每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送高位，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（即一帧共有9位）
2.发送器在发送完8位数据位之后，接收器在第9个时钟周期，返回一个应答信号(0)，或者非应答信号(1)在第9个时钟周期,接收器向数据线上写入数据在第9个时钟周期,发送器从数据线上读取数据如果读取到0，代表应答信号如果读取到1，代表非应答信号

3.5寻址

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1.IIC总线上传输数据是广义的，可以传输地址信号，也可以传输数据信号
2.主机在产生起始信号之后，必须传送7位从机地址，加上读写位
3.用0表示写，用1表示读

4.IIC框图

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5.IIC总线协议

5.1主机给从机发送一个字节

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5.2主机给从机发送多个连续字节

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5.3主机从从机读一个字节

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5.4主机从从机读多个连续字节

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6.GPIO模拟IIC协议

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7.分析SI7006芯片手册

7.1思路

1.分析SI7006芯片手册内部实现框图
2.分析SI7006从机地址
3.分析SI7006芯片通信协议
4.分析找到采集温湿度传感器命令码
5.找到将采集的模拟量转换为数字量的公式
6.分析SI7006初始化的值

7.2从机地址

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通过以上分析可知，si7006芯片从机地址0x40
从机地址 + 读：0x40 << 1 | 1
从机地址 + 写：0x40 << 1 | 0

7.3分析命令码

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7.4协议

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7.5公式

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7.6初始化值

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8.代码

// si7006.h
#ifndef __SI7006_H__
#define __SI7006_H__#include "iic.h"
#define SI7006_SLAVE 0x40void si7006_init(void);unsigned short si7006_read_hum_data(unsigned char slave_addr, unsigned char cmd_code);
short si7006_read_temp_data(unsigned char slave_addr, unsigned char cmd_code);#endif //__SI7006_H__

// si7006.c
#include "iic.h"
#include "si7006.h"
/** 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*/
extern void delay(int ms);
// 往SI7006芯片0XE6写入0X3A
void si7006_init(void)
{// I2初始化i2c_init();// 发送起始信号i2c_start();// 主机发送7位从机地址+1位写位i2c_write_byte(0X40 << 1 | 0);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送寄存器地址i2c_write_byte(0XE6);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送要写的数据i2c_write_byte(0X3A);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送终止信号i2c_stop();
}
/** 函数名：si7006_read_hum_data* 函数功能：读取SI7006的湿度转换结果* 函数参数：*     slave_addr ： 从机地址*     cmd_code ： 命令码* 函数返回值：湿度测量的数字量*/
unsigned short si7006_read_hum_data(unsigned char slave_addr,unsigned char cmd_code)
{unsigned short dat;			// 保存读取到的湿度数据unsigned char dat_h, dat_l; // 保存读取到的数据的高八位和低八位// 发送起始信号i2c_start();// 主机发送7位从机地址+1位写位i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 0);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送寄存器地址i2c_write_byte(cmd_code);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送第二次起始信号i2c_start();// 主机发送7位从机地址+1位写位i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 1);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 延时等待从机测量数据delay(100);// 读取数据的高8位dat_h = i2c_read_byte(0); // 读取完毕发送应答信号// 读取数据的低8位dat_l = i2c_read_byte(1); // 读取完毕发送非应答信号// 发送停止信号i2c_stop();// 将读取到的数据整合到一起dat = (dat_h << 8) | dat_l;return dat;
}
/** 函数名：si7006_read_temp_data* 函数功能：读取SI7006的温度转换结果* 函数参数：*     slave_addr ： 从机地址*     cmd_code ： 命令码* 函数返回值：温度测量的数字量*/
short si7006_read_temp_data(unsigned char slave_addr,unsigned char cmd_code)
{short dat;		   // 保存读取到的温度数据char dat_h, dat_l; // 保存读取到的数据的高八位和低八位// 发送起始信号i2c_start();// 主机发送7位从机地址+1位写位i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 0);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送寄存器地址i2c_write_byte(cmd_code);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 发送第二次起始信号i2c_start();// 主机发送7位从机地址+1位写位i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 1);// 等待从机回应i2c_wait_ack();// 延时等待从机测量数据delay(100);// 读取数据的高8位dat_h = i2c_read_byte(0); // 读取完毕发送应答信号// 读取数据的低8位dat_l = i2c_read_byte(1); // 读取完毕发送非应答信号// 发送停止信号i2c_stop();// 将读取到的数据整合到一起dat = (dat_h << 8) | dat_l;return dat;
}

// 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

// icc.h
#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     \*          --------* */// 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;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->10000000if (dat & 0X80) // 最高位为1{// 发送1I2C_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  0000 0000if (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;
}
/** 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();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();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
}

// main.c
#include "si7006.h"void delay(int ms)
{int i, j;for (i = 0; i < ms; i++){for (j = 0; j < 2000; j++);}
}
int main()
{unsigned short hum;short tem;// 进行si7006的初始化si7006_init();while (1){// 读取湿度hum = si7006_read_hum_data(0X40, 0XE5);// 读取温度tem = si7006_read_temp_data(0X40, 0XE3);// 将温度数据和湿度数据按照转换公式进行转换hum = 125 * hum / 65536 - 6;tem = 175.72 * tem / 65536 - 46.85;delay(1000); // 延时打印// 将获取到的数据打印到串口printf("hum:%d\n", hum);printf("tem:%d\n", tem);}return 0;
}