物联网实战--入门篇之(五)嵌入式-IIC驱动(SHT30温湿度)

一、IIC简介

二、IIC驱动解析

三、SHT30驱动

四、总结

一、IIC简介

不管是IIC还是串口，亦或SPI，它们的本质区别在于有各自的规则，就是时序图；它们的相同点就是只要你理解了时序图，你就可以用最普通的IO引脚模拟出各自的通讯总线，但是一般来讲没那必要，特别是串口，模拟比较麻烦，而且速率较高，使用频率较高，很费系统资源，不合算。可以发现我的代码里IIC驱动是用自己模拟的，主要是因为1、硬件IIC有时候会卡死；2、IIC速率比较低，且使用频率较低；3、便于在各个芯片平台上移植；4、有时候IIC的设备比较多，模拟引脚选择灵活，便于PCB设计。

那么，下面看下模拟IIC的文件，其实并不难，就是按时序图来就行了，具体时序图就不贴了，总的就下图这几个函数，然后再根据具体IIC从设备的要求读写相应数据就行了。

二、IIC驱动解析

接下来讲解下驱动代码，先从结构体开始，主要就是保存应用层的SDA和SCL引脚信息，还有个延时，正常默认5us，不需要改动。SDA_0等这些宏定义主要是为了程序的简洁以及驱动文件移植时便于修改，只要替换各自平台的引脚操作函数即可。

SCL是时钟引脚，总是作为输出，而SDA有时候是输出有时候是输入，所以需要IIC_SdaInMode()和IIC_SdaOutMode()进行引脚模式的切换。

以下是IIC驱动的引脚相关函数，移植到其他平台的时候需要修改成相应的函数。

/*		
================================================================================
描述 : IIC引脚初始化
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_GPIOInit(I2cDriverStruct *pDriver)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = pDriver->pin_sda;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(pDriver->port_sda, &GPIO_InitStruct);	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = pDriver->pin_scl;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(pDriver->port_scl, &GPIO_InitStruct);		pDriver->delay_time=IIC_DELAY_TIME;
}/*		
================================================================================
描述 : SDA设置成输入模式
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_SdaInMode(I2cDriverStruct *pDriver)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = pDriver->pin_sda;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(pDriver->port_sda, &GPIO_InitStruct);
}/*		
================================================================================
描述 : SDA设置成输出模式
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_SdaOutMode(I2cDriverStruct *pDriver)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = pDriver->pin_sda;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(pDriver->port_sda, &GPIO_InitStruct);
}

以下是根据IIC时序图写的信号代码，不同人模拟的代码首尾可能略有差别，但是最核心的信号状态是一样的，这个不用太纠结。具体的每个信号是什么作用、该怎么使用，等等结合SHT30温湿度的驱动再说明。


/*		
================================================================================
描述 : 起始信号
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_Start(I2cDriverStruct *pDriver)
{SCL_1;SDA_1;delay_us(pDriver->delay_time);SDA_0;delay_us(pDriver->delay_time);SCL_0;delay_us(pDriver->delay_time);
}/*		
================================================================================
描述 : 停止信号
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_Stop(I2cDriverStruct *pDriver)
{SDA_0;SCL_1;delay_us(pDriver->delay_time);SDA_1;delay_us(pDriver->delay_time);SCL_0;
}/*		
================================================================================
描述 : 应答
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_Ack(I2cDriverStruct *pDriver)
{SDA_0;delay_us(pDriver->delay_time);SCL_1;delay_us(pDriver->delay_time);SCL_0;delay_us(pDriver->delay_time);SDA_1;delay_us(pDriver->delay_time);
}/*		
================================================================================
描述 : 非应答
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_NAck(I2cDriverStruct *pDriver)
{SCL_0;delay_us(pDriver->delay_time);SDA_1;SCL_1;delay_us(pDriver->delay_time);}/*		
================================================================================
描述 : 等待回复
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
bool IIC_WaitAck(I2cDriverStruct *pDriver)
{u32 wait_tickets=0;SCL_0;IIC_SdaInMode(pDriver);delay_us(pDriver->delay_time);while(SDA_READ()>0){wait_tickets++;if(wait_tickets>250){IIC_SdaOutMode(pDriver);delay_us(pDriver->delay_time);IIC_Stop(pDriver);return false;}delay_us(1);}SCL_1;delay_us(pDriver->delay_time);SCL_0;delay_us(pDriver->delay_time);IIC_SdaOutMode(pDriver);return true;
}

以下是IIC的字节读写函数，也是根据时序来就行了，传输过程是先高位后低位，读的时候SDA引脚要先设置成输入模式。

/*		
================================================================================
描述 : 读取一个字节
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
u8 IIC_ReadByte(I2cDriverStruct *pDriver)
{u8 i, data=0;IIC_SdaInMode(pDriver);for(i=0;i<8;i++){SCL_0;delay_us(pDriver->delay_time);SCL_1;delay_us(pDriver->delay_time);data=data<<1;//左移，高位先读取if(SDA_READ()>0){data|=0x01;}}SCL_0;IIC_SdaOutMode(pDriver);delay_us(pDriver->delay_time);return data;
}
/*		
================================================================================
描述 : 写入一个字节
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void IIC_WriteByte(I2cDriverStruct *pDriver, u8 data)
{u8 i;for(i=0;i<8;i++){SCL_0;if(data&0x80)//高位先写{SDA_1;			}else{SDA_0;}delay_us(pDriver->delay_time);SCL_1;delay_us(pDriver->delay_time);data=data<<1;  }}

以上基本是模拟IIC的驱动文件的全部内容了，自己看会发现每个函数输入都有一个I2cDriverStruct结构体，这样便于多个IIC设备驱动，比如2个SHT30+2个AT24C64一起使用都是没问题的，只要把各自的引脚定义清楚来就行了，互不干扰。

三、SHT30驱动

净化器项目跟IIC相关的就是SHT30温湿度传感器了，我们一般就是读取温湿度值就行了，所以用起来比较简单，具体看下图，其中结构体Sht30WorkStruct内容就是器件地址、IIC结构体和温湿度数值，函数主要是初始化和读取温湿度，设置地址在特殊情况下才用。

以下是初始化代码，主要是引脚初始化和配置默认的器件地址，这个器件地址是所有IIC从机设备都有的，根据芯片厂家和硬件设计来确定，比如这里的STH30，默认是0x44;如果ADDR引脚上拉则是0x45，数据手册截图如下所示。如果器件地址是0x45的话那就在应用层调用drv_sht30_set_addr进行设置即可。

/*		
================================================================================
描述 : 器件引脚初始化
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void drv_sht30_init(Sht30WorkStruct *pSht30Work)
{IIC_GPIOInit(&pSht30Work->tag_iic);pSht30Work->dev_addr=0x44;//默认器件地址
}

核心的就是温湿度读取了，具体代码如下，其中0x2C06是温湿度所在的寄存器地址，要读取6个字节，分别是温度高8位、温度低8位、温度校验码、湿度高8位、湿度低8位和湿度校验码，按顺序先读取出来后再自己根据公式进行整合即可。

IIC读取的常规流程是先写入器件地址，同时通过配置器件地址的最低位说明下一步是写数据，也就是写入寄存器地址，这里是两个字节，先高8位后低8位，写完后先停止并充分延时下，让SHT30做好准备，否则不能正确读取；随后再次启动传输，写入器件地址并配置读数据需求，紧接着连续读取6字节数据，最后就是根据公式转换成实际的温湿度值就行了。

在读取温湿度过程中会发现，IIC的时序函数起到了调度指挥的作用，起始、等待回复、停止等等，都是按顺序来的，具体自己结合代码看下。


/*		
================================================================================
描述 : 读取温湿度数据
输入 : 
输出 : 
================================================================================
*/
void drv_sht30_read_th(Sht30WorkStruct *pSht30Work)
{u16 reg_addr=0x2C06;//温湿度的寄存器地址,由数据手册得来u8 dev_addr=pSht30Work->dev_addr;I2cDriverStruct *pIIC=&pSht30Work->tag_iic;IIC_Start(pIIC);IIC_WriteByte(pIIC, dev_addr<<1|0x00);//准备写入寄存器地址IIC_WaitAck(pIIC);IIC_WriteByte(pIIC, reg_addr>>8);//写入寄存器地址高8位IIC_WaitAck(pIIC);	IIC_WriteByte(pIIC, reg_addr&0xFF);//写入寄存器地址低8位IIC_WaitAck(pIIC);		IIC_Stop(pIIC);delay_ms(20);//这个延时要稍微长点20ms以上IIC_Start(pIIC);IIC_WriteByte(pIIC, dev_addr<<1|0x01);//准备读取数据IIC_WaitAck(pIIC);	u8 buff[10]={0};for(u8 i=0; i<6; i++)//读取温湿度和校验值状态{buff[i]=IIC_ReadByte(pIIC);if(i<5)IIC_Ack(pIIC);else IIC_NAck(pIIC);}IIC_Stop(pIIC);u16 temp=buff[0]<<8|buff[1];//温度寄存器值u16 humi=buff[3]<<8|buff[4];//湿度寄存器值pSht30Work->temp_value=175.f*(float)temp/65535.f-45.f ;//转换成温度-℃pSht30Work->humi_value=100.f*(float)humi/65535.f;//转换为湿度-%printf("temp=%.1f C, humi=%.1f%%\n", pSht30Work->temp_value, pSht30Work->humi_value);
}