標(biāo)題: IIC通信協(xié)議分析--STM32F4驅(qū)動(dòng)溫濕度傳感器SHT20為例 [打印本頁(yè)]
作者: csy-2015-06    時(shí)間: 2018-10-27 10:49
標(biāo)題: IIC通信協(xié)議分析--STM32F4驅(qū)動(dòng)溫濕度傳感器SHT20為例
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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)鐘線（單向），驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線SDA的信號(hào)由時(shí)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(shí)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(huì)主動(dòng)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(lái)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(duì)應(yīng)的從機(jī)與其進(jìn)行通信？
每個(gè)從機(jī)都有一個(gè)唯一的器件地址，主機(jī)就是通過(guò)這個(gè)器件地址去找到對(duì)應(yīng)的從機(jī)與其通信。
器件地址誰(shuí)分配？如何分配?（具體查看模塊手冊(cè)）
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(yàn)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(kāi)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(kāi)始信號(hào)
停止信號(hào)
應(yīng)答信號(hào)
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(shí)鐘快）
空閑狀態(tài)：此時(shí)各個(gè)器件的輸出級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管均處在截止?fàn)顟B(tài)，即釋放總線，由兩條信號(hào)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(hào)（C高D變高、都高）
  
起始信號(hào)：當(dāng)SCL為高期間，SDA由高到低的跳變；啟動(dòng)信號(hào)是一種電平跳變時(shí)序信號(hào)，而不是一個(gè)電平信號(hào)。
停止信號(hào)：當(dāng)SCL為高期間，SDA由低到高的跳變；停止信號(hào)也是一種電平跳變時(shí)序信號(hào)，而不是一個(gè)電平信號(hào)。
起始條件偽代碼
  
SCL=1
  
SDA=1    //起始前都是高電平
  
//延時(shí)，起始條件建立時(shí)間
  
SDA=0//SDA變低，產(chǎn)生起始條件
  
//延時(shí)，起始條件的保持時(shí)間
  
SCL=0//一個(gè)周期的結(jié)束
  
停止條件偽代碼
  
SCL=1
  
SDA=0//低
  
//延時(shí)，停止條件建立時(shí)間
  
SDA=1//SDA變高 產(chǎn)生停止條件
  
//延時(shí)，本次停止條件到下一個(gè)起始條件的時(shí)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(shí)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(shí)鐘線
  
SDA=0/1//主機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
  
//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
SCL=1//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
從機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù)
  
//延時(shí)，給時(shí)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(shí)鐘線
  
從機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù)（從機(jī)自動(dòng)進(jìn)行，主機(jī)不動(dòng)作）
  
//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
SCL=1//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
主機(jī)讀取SDA//主機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù)
  
//延時(shí)，給時(shí)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(gè)字節(jié)，就在時(shí)鐘脈沖9期間釋放數(shù)據(jù)線，由接收器反饋一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。
應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡(jiǎn)稱(chēng)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(hào)為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），一般表示接收器接收該字節(jié)沒(méi)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(gè)字節(jié)給從機(jī)后，都必須通過(guò)這個(gè)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(hào)（‘1’），表明沒(méi)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(hào)）
  
SCL=0//主機(jī)拉低時(shí)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(hào)
  
//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
SCL=1//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
主機(jī)讀取SDA//主機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答信號(hào)
  
//延時(shí)，給時(shí)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(gè)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(guò)來(lái)的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，都必須給從機(jī)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。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(gè)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(hào)（‘1’）給從機(jī)。
  
SCL=0//主機(jī)拉低時(shí)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(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
SCL=1//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
從機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答位
  
//延時(shí)，給時(shí)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(xiě)） 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(huì)拿這個(gè)器件跟自身進(jìn)行比較，匹配成功的那個(gè)從機(jī)就會(huì)回復(fù)                 一個(gè)應(yīng)答信號(hào)給主機(jī)，并根據(jù)方向位來(lái)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(gè)直接數(shù)據(jù)都要給應(yīng)答）
4.      主機(jī)發(fā)送停止信號(hào)（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(xiě)：主機(jī)僅發(fā)送數(shù)據(jù)
有讀有寫(xiě)
6       GPIO口模擬IIC通信協(xié)議
GPIO初始化
作為SCL的GPIO口：時(shí)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(gè)GPIO口可以配置成推挽輸出，另外總線結(jié)構(gòu)本來(lái)就有上拉電阻，所以也可以配置成開(kāi)漏輸出。
作為SDA的GPIO口：數(shù)據(jù)線SDA是雙向的，有時(shí)候需要從MCU發(fā)送，有時(shí)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(shí)，輸入電路并沒(méi)有被關(guān)閉。但是，當(dāng)在采集輸入信號(hào)的時(shí)候，IO口的輸出電路就很有可能會(huì)影響到輸入信號(hào)的采集，所以必須要配置成開(kāi)漏輸出，在讀取輸入信號(hào)前輸出‘1’,目的是讓輸出電路從IO口中斷開(kāi)。
準(zhǔn)備數(shù)據(jù)要延時(shí)，讀取數(shù)據(jù)也要延時(shí)
起始條件
  
void IIC_Start(void)
  
{
  
         IIC_SCL=1;
  
         IIC_SDA_OUT=1;
  
         Systick_Delay_us(1);//延時(shí)，起始條件建立時(shí)間
  
         IIC_SDA_OUT=0;//產(chǎn)生起始條件
  
         Systick_Delay_us(2);//延時(shí)，起始條件的保持時(shí)間
  
         
  
         IIC_SCL=0;//一個(gè)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(shí)，停止條件建立時(shí)間
  
         IIC_SDA_OUT=1;//產(chǎn)生停止條件
  
  
         Systick_Delay_us(1);//延時(shí)，本次停止條件到下一個(gè)起始條件的時(shí)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(shí)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(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
         IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時(shí)鐘線,從機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答位
  
         Systick_Delay_us(1);//延時(shí)，給時(shí)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(shí)鐘線
  
         IIC_SDA_OUT=1;//切換成讀模式---讓輸出電路從IO口斷開(kāi)*************************
  
         //從機(jī)根據(jù)自己接受的情況，給不給主機(jī)應(yīng)答信號(hào)
  
         Systick_Delay_us(2);//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
         IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
         if(IIC_SDA_IN)//主機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集應(yīng)答信號(hào)
  
         {
  
                  ack=1;
  
         }
  
         Systick_Delay_us(1);//延時(shí)，給時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
                  IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
                  //從機(jī)在時(shí)鐘上升沿從總線上采集數(shù)據(jù)
  
                  Systick_Delay_us(1);//延時(shí)，給時(shí)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(gè)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(shí)鐘線
  
                  IIC_SDA_OUT=1;//切換成讀模式---讓輸出電路從IO口中斷開(kāi)***************************
  
                  //從機(jī)在總線上準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
  
                  Systick_Delay_us(2);//延時(shí)，讓數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)線上
  
                  IIC_SCL=1;//主機(jī)拉高時(shí)鐘線
  
                  data<<=1;//空出最低位來(lái)接受數(shù)據(jù)
  
                  //主機(jī)在時(shí)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(shí)，給時(shí)間主機(jī)機(jī)采集數(shù)據(jù)
  
                  
  
         }
  
         
  
         IIC_Send_ACK(ack);
  
         
  
         return data;
  
}
  
7       IIC驅(qū)動(dòng)溫濕度傳感器
7.1   SHT20命令
7.2   SHT20測(cè)量時(shí)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(hào)
  
         ack =  IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR&0XFE);//發(fā)送器件地址+寫(xiě)方向
  
         
  
         if(ack)//沒(méi)有應(yīng)答
  
         {
  
                  IIC_Stop(  );
  
                  return -1;
  
         }      
  
         ack =  IIC_Send_Byte(cmd);//發(fā)送測(cè)量命令
  
         if(ack)//沒(méi)有應(yīng)答，等待從機(jī)應(yīng)答
  
         {
  
                  IIC_Stop(  );
  
                  return -1;
  
         }      
  
         do
  
         {
  
                  Delay_ms(10);//給時(shí)間測(cè)量
  
                  IIC_Start(  ); //開(kāi)始信號(hào)，測(cè)量中
  
                  ack =  IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR | 0x01);//發(fā)送器件地址+讀方向
  
         }while(ack);//沒(méi)有應(yīng)答則繼續(xù)詢問(wèn)，知道有應(yīng)答，表明測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)
  
         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;
  
}
  

作者: csy-2015-06    時(shí)間: 2018-10-27 10:51
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密碼：20181027
作者: leekuip    時(shí)間: 2020-2-28 18:18
樓主，這個(gè)有stm32F4的完成代碼嗎？我用F103的代碼移植到407上，不好使了，不知道啥問(wèn)題。
作者: zycwswws    時(shí)間: 2020-6-29 22:59
非常感謝，最近在做一個(gè)相關(guān)的項(xiàng)目，遇到問(wèn)題，能不能冒昧請(qǐng)教下？？



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