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IIC總線 1 IIC總線概述（文檔有圖）I2C總線兩線制包括：串行數(shù)據(jù)SDA（Serial Data）、串行時鐘SCL（Serial Clock）。總線必須由主機(jī)（通常為微控制器）控制，主機(jī)產(chǎn)生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。 IIC總線特征：同步串行半雙工(同一時刻只能是一種身份) 2 IIC總線拓?fù)鋱D SDA：雙向串行數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)是一位一位傳輸，既可以從主機(jī)發(fā)送到從機(jī)，也可以從從機(jī)發(fā)送到主機(jī) SCL：時鐘線（單向），驅(qū)動數(shù)據(jù)線SDA的信號由時鐘線SCL提供，只能由主機(jī)發(fā)送，從機(jī)接收 主機(jī)：主機(jī)產(chǎn)生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始條件(占用總線)和停止條件(釋放總線) 從機(jī)：從機(jī)也能發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)，但是從機(jī)永遠(yuǎn)不會主動給主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。 主機(jī)是主宰 主機(jī)是如何找到從機(jī)來進(jìn)行通信的呢？ 2.1 主從設(shè)備通信主機(jī)如何能找到對應(yīng)的從機(jī)與其進(jìn)行通信？ 每個從機(jī)都有一個唯一的器件地址，主機(jī)就是通過這個器件地址去找到對應(yīng)的從機(jī)與其通信。 器件地址誰分配？如何分配?（具體查看模塊手冊） 在IIC總線上，從機(jī)的器件地址可以為7位或者10位，一般情況下都是7位器件地址。 在器件地址中包含了固定地址（在高位，不可變）和可編程地址（在低位，可變） 器件地址的位數(shù)是由廠家決定 固定地址的位數(shù)和內(nèi)容也是由廠家決定 可編程地址的位數(shù)由廠家決定 可編程地址的內(nèi)容由使用者決定 3 IIC數(shù)據(jù)幀 UART數(shù)據(jù)幀格式：起始位+數(shù)據(jù)位（5~8）+校驗位+停止位。 IC數(shù)據(jù)幀格式：起始條件+數(shù)據(jù)位（8位）+應(yīng)答位+停止條件 起始條件：一次通信的開始（主機(jī)占用總線） 數(shù)據(jù)位：從發(fā)送器到接收器，連續(xù)的8位數(shù)據(jù) 應(yīng)答位：當(dāng)接收器成功接收到發(fā)送器的8位數(shù)據(jù)后，必須應(yīng)答。0代表應(yīng)答，1代表非應(yīng)答。 停止條件：一次通信的結(jié)束（主機(jī)釋放總線，雙線電平拉高） 4 標(biāo)準(zhǔn)IIC協(xié)議空閑狀態(tài) 開始信號 停止信號 應(yīng)答信號 數(shù)據(jù)的有效性 數(shù)據(jù)傳輸 4.1 空閑狀態(tài)（都拉高，數(shù)據(jù)比時鐘快）空閑狀態(tài)：此時各個器件的輸出級場效應(yīng)管均處在截止?fàn)顟B(tài)，即釋放總線，由兩條信號線各自的上拉電阻把電平拉高。
4.2 起始條件（C高D變低）和停止信號（C高D變高、都高） 起始信號：當(dāng)SCL為高期間，SDA由高到低的跳變；啟動信號是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。 停止信號：當(dāng)SCL為高期間，SDA由低到高的跳變；停止信號也是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。 起始條件偽代碼| SCL=1 SDA=1 //起始前都是高電平 //延時，起始條件建立時間 SDA=0//SDA變低，產(chǎn)生起始條件 //延時，起始條件的保持時間 SCL=0//一個周期的結(jié)束 |
停止條件偽代碼| SCL=1 SDA=0//低 //延時，停止條件建立時間 SDA=1//SDA變高 產(chǎn)生停止條件 //延時，本次停止條件到下一個起始條件的時間間隔 |
4.3 位傳輸(C低D準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，C拉高讀取D)SCL串行時鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備是在SCL的低電平，數(shù)據(jù)位的傳輸是上邊沿觸發(fā)。 拉低準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，拉高采集數(shù)據(jù) 主機(jī)發(fā)送一位數(shù)據(jù)給從機(jī)：（主機(jī)輸出）| SCL=0//主機(jī)拉低時鐘線 SDA=0/1//主機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù) //延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 SCL=1//主機(jī)拉高時鐘線 從機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù) //延時，給時間從機(jī)采集數(shù)據(jù) |
主機(jī)讀取從機(jī)發(fā)送的一位數(shù)據(jù)：（主機(jī)輸入）| SCL=0//主機(jī)拉低時鐘線 從機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù)（從機(jī)自動進(jìn)行，主機(jī)不動作） //延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 SCL=1//主機(jī)拉高時鐘線 主機(jī)讀取SDA//主機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù) //延時，給時間主機(jī)機(jī)采集數(shù)據(jù) |
4.4 應(yīng)答位（第九位發(fā)送高（不應(yīng)答）低（應(yīng)答）） 發(fā)送器每發(fā)送一個字節(jié)，就在時鐘脈沖9期間釋放數(shù)據(jù)線，由接收器反饋一個應(yīng)答信號。 應(yīng)答信號為低電平時，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡稱應(yīng)答位），表示接收器已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)； 應(yīng)答信號為高電平時，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒有成功 主機(jī)讀取從機(jī)的應(yīng)答：（主機(jī)讀取一位數(shù)據(jù)） 主機(jī)每發(fā)送1個字節(jié)給從機(jī)后，都必須通過這個應(yīng)答位查看從機(jī)是否能正常收到，如果一旦讀到的是非應(yīng)答信號（‘1’），表明沒有正常接收到當(dāng)前字節(jié)數(shù)據(jù)，通信就要終止（主機(jī)發(fā)送停止信號） | SCL=0//主機(jī)拉低時鐘線 （還是拉低給數(shù)據(jù)，拉高采集數(shù)據(jù)） 從機(jī)根據(jù)自己接受的情況，給不給主機(jī)應(yīng)答信號 //延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 SCL=1//主機(jī)拉高時鐘線 主機(jī)讀取SDA//主機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答信號 //延時，給時間主機(jī)機(jī)采集數(shù)據(jù) 如果采集到的0，表示有應(yīng)答，如果采集到的是1，表示非應(yīng)答 |
主機(jī)發(fā)送一個應(yīng)答給從機(jī)：（主機(jī)發(fā)送一位數(shù)據(jù)） 主機(jī)每讀取完從機(jī)發(fā)送過來的一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，都必須給從機(jī)一個應(yīng)答信號。如果主機(jī)讀取完當(dāng)前字節(jié)后還想從機(jī)繼續(xù)給它發(fā)下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，就要給從機(jī)應(yīng)答（‘0’），如果主機(jī)讀取完當(dāng)前字節(jié)后不想從機(jī)再給它發(fā)數(shù)據(jù)，那么主機(jī)發(fā)送非應(yīng)答信號（‘1’）給從機(jī)。 | SCL=0//主機(jī)拉低時鐘線 SDA=0/1//主機(jī)根據(jù)自己的情況，決定給不給應(yīng)答從機(jī) //延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 SCL=1//主機(jī)拉高時鐘線 從機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答位 //延時，給時間從機(jī)采集數(shù)據(jù) |
5 IIC的尋址方式 器件地址（8位）組成：7位從設(shè)備地址+1位方向位 從設(shè)備地址包含了固定地址和可編程地址 方向位決定有效數(shù)據(jù)位的傳輸方向，主機(jī)---》從機(jī)（主機(jī)寫） 還是 從機(jī)----》主機(jī)（主機(jī)讀） 5.1 IIC一次完整通信1. 主機(jī)發(fā)送起始條件（主機(jī)占用總線，喚醒總線所有的從機(jī)） 2. 主機(jī)發(fā)送器件地址（總線上所有的從機(jī)就會拿這個器件跟自身進(jìn)行比較，匹配成功的那個從機(jī)就會回復(fù) 一個應(yīng)答信號給主機(jī)，并根據(jù)方向位來決定數(shù)據(jù)傳輸方向） 3. 進(jìn)行有效數(shù)據(jù)交流（每傳輸完一個直接數(shù)據(jù)都要給應(yīng)答） 4. 主機(jī)發(fā)送停止信號（釋放總線，結(jié)束本次通信） 5.2 IIC三種通信方式只讀主機(jī)只讀取數(shù)據(jù) 只寫：主機(jī)僅發(fā)送數(shù)據(jù) 有讀有寫 6 GPIO口模擬IIC通信協(xié)議GPIO初始化 作為SCL的GPIO口：時鐘線SCL只能由主機(jī)（MCU）發(fā)出，SCL既有低電平也有高電平，所以這個GPIO口可以配置成推挽輸出，另外總線結(jié)構(gòu)本來就有上拉電阻，所以也可以配置成開漏輸出。 作為SDA的GPIO口：數(shù)據(jù)線SDA是雙向的，有時候需要從MCU發(fā)送，有時候又要輸入到MCU里。剛好，在M4里面，當(dāng)GPIO口配置成輸出模式時，輸入電路并沒有被關(guān)閉。但是，當(dāng)在采集輸入信號的時候，IO口的輸出電路就很有可能會影響到輸入信號的采集，所以必須要配置成開漏輸出，在讀取輸入信號前輸出‘1’,目的是讓輸出電路從IO口中斷開。 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)要延時，讀取數(shù)據(jù)也要延時 起始條件 | void IIC_Start(void) { IIC_SCL=1; IIC_SDA_OUT=1; Systick_Delay_us(1);//延時，起始條件建立時間 IIC_SDA_OUT=0;//產(chǎn)生起始條件 Systick_Delay_us(2);//延時，起始條件的保持時間 IIC_SCL=0;//一個周期的結(jié)束 } |
停止條件 | void IIC_Stop(void) { IIC_SCL=1; IIC_SDA_OUT=0; Systick_Delay_us(1);//延時，停止條件建立時間 IIC_SDA_OUT=1;//產(chǎn)生停止條件 Systick_Delay_us(1);//延時，本次停止條件到下一個起始條件的時間間隔 } |
主機(jī)發(fā)送應(yīng)答 | void IIC_Send_ACK(u8 ack) { IIC_SCL=0;//主機(jī)拉低時鐘線 if(ack)//主機(jī)根據(jù)自己的情況，決定給不給應(yīng)答從機(jī) { IIC_SDA_OUT=1; } else { IIC_SDA_OUT=0; } Systick_Delay_us(2);//延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時鐘線,從機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答位 Systick_Delay_us(1);//延時，給時間從機(jī)采集數(shù)據(jù) } |
主機(jī)讀取應(yīng)答 | u8 IIC_Revice_Ack(void) { u8 ack=0; IIC_SCL=0;//主機(jī)拉低時鐘線 IIC_SDA_OUT=1;//切換成讀模式---讓輸出電路從IO口斷開************************* //從機(jī)根據(jù)自己接受的情況，給不給主機(jī)應(yīng)答信號 Systick_Delay_us(2);//延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時鐘線 if(IIC_SDA_IN)//主機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答信號 { ack=1; } Systick_Delay_us(1);//延時，給時間主機(jī)機(jī)采集數(shù)據(jù) IIC_SCL=0;//完整周期 return ack; } |
主機(jī)發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)給從機(jī) | u8 IIC_Send_Byte(u8 data) { u8 i; for(i=0;i<8;i++) { IIC_SCL=0;//主機(jī)拉低時鐘線 //主機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù) if(data&0x80) IIC_SDA_OUT=1; else IIC_SDA_OUT=0; Systick_Delay_us(2);//延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時鐘線 //從機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù) Systick_Delay_us(1);//延時，給時間從機(jī)采集數(shù)據(jù) data<<=1;//讓次高位成為最高位 } return IIC_Revice_Ack( ); } |
主機(jī)讀取從機(jī)的一個字節(jié)數(shù)據(jù) | u8 IIC_Revice_Byte(u8 ack) { u8 i; u8 data=0; for(i=0;i<8;i++) { IIC_SCL=0;//主機(jī)拉低時鐘線 IIC_SDA_OUT=1;//切換成讀模式---讓輸出電路從IO口中斷開*************************** //從機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù) Systick_Delay_us(2);//延時，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上 IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時鐘線 data<<=1;//空出最低位來接受數(shù)據(jù) //主機(jī)在時鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù) if(IIC_SDA_IN) { data |=1; } Systick_Delay_us(1);//延時，給時間主機(jī)機(jī)采集數(shù)據(jù) } IIC_Send_ACK(ack); return data; } |
7 IIC驅(qū)動溫濕度傳感器 7.1 SHT20命令 7.2 SHT20測量時序 7.3 示例代碼| float Read_SHT20_Data(u8 cmd) { u8 ack; u16 data=0; float DATA; IIC_Start( );//起始信號 ack = IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR&0XFE);//發(fā)送器件地址+寫方向 if(ack)//沒有應(yīng)答 { IIC_Stop( ); return -1; } ack = IIC_Send_Byte(cmd);//發(fā)送測量命令 if(ack)//沒有應(yīng)答，等待從機(jī)應(yīng)答 { IIC_Stop( ); return -1; } do { Delay_ms(10);//給時間測量 IIC_Start( ); //開始信號，測量中 ack = IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR | 0x01);//發(fā)送器件地址+讀方向 }while(ack);//沒有應(yīng)答則繼續(xù)詢問，知道有應(yīng)答，表明測量結(jié)束 data |= IIC_Revice_Byte(0) <<8;//高位結(jié)果 data |= IIC_Revice_Byte(1) ; //低位結(jié)果 IIC_Stop( ); //------數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號 data &=0xFFFC;//清除兩位狀態(tài)位 if(cmd==T_MEASURE) { DATA=-46.85+175.72*data/65536.0; } else if(cmd==RH_MEASURE) { DATA=-6.0+125.0*data/65536.0; } return DATA; } |
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