IIC协议解析与SI7006温湿度传感器应用
本文介绍了IIC协议的基本时序，并详细解析了使用STM32微控制器与SI7006温湿度传感器进行通信的过程。通过具体的代码示例，展示了如何初始化传感器、读取温湿度数据并将其转换为实际的温度和湿度值。
IIC硬件电路图
时序·
1.起始信号—>下降沿
2.终止信号—>上升沿
3.数据传输—>先发高位，再发低位，（SCL高电平读取数据，SCL低电平写入数据）
4.应答信号与非应答信号—>0为应答，1为非应答
5.寻址—>7位从机地址，一位数据输出方向位（1读，0写）
注意·：一帧数据=8位数据位+1位应答位=9位
分析si7006芯片手册
通过框图可知，分析si7006芯片手册需要做以下几个步骤：
1.si7006从机地址
2.找到采集温度湿度命令码
3.初始化si7006芯片，初始化的值，写到哪一个寄存器中
4.读取温湿度芯片IIC协议
5.采集温湿度数字量转换为模拟量公式
代码
main.c
#include "iic.h"
#include "si7006.h"
extern void printf(const char *fmt, ...);
void delay_ms(int ms)
{
int i,j;
for(i = 0; i < ms;i++)
for (j = 0; j < 1800; j++);
}
int main()
{
unsigned short hum; //湿度
unsigned short temp; //温度
si7006_init();
while(1)
{
hum=si7006_read_data(SI7006_SLAVE,0xE5);
temp=si7006_read_data(SI7006_SLAVE,0xE3);
printf("hum = %d.%d\n",125*hum/65536-6,(int)(1.0*(125*hum/65536-6)*10)%10);
printf("temp = %d.%d\n",175*temp/65536-46,(int)(1.0*(175*temp/65536-46)*10)%10);
}
return 0;
}
i2c.h
#ifndef __IIC_H__
#define __IIC_H__
#include "stm32mp1xx_gpio.h"
#include "stm32mp1xx_rcc.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
i2c.c
#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 \
* --------
* */
SET_SDA_OUT; //确保数据线为输出状态
I2C_SDA_H;
I2C_SCL_H;
delay_us();
I2C_SDA_L;//下降沿
delay_us();
I2C_SCL_L;//数据线占用
}
/*
* 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 /
* --- -------
* */
SET_SDA_OUT; //确保数据线为输出状态
I2C_SCL_L;
delay_us();
I2C_SDA_L;
delay_us();
I2C_SCL_H;
delay_us();
I2C_SDA_H;
}
/*
* 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
* */
unsigned int i;
SET_SDA_OUT;
for(i=0;i<8;i++)
{
I2C_SCL_L; //时钟线下拉，写入数据
delay_us();
if(dat &= 0x80)
{
I2C_SDA_H;
}
else
{
I2C_SDA_L;
}
delay_us(); //等待数据写入完毕
I2C_SCL_H; //时钟线上拉,读取数据
delay_us(); //等待数据读取
delay_us();
dat <<=1; //位移
}
}
/*
* 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;
SET_SDA_IN;
for(i=0;i<8;i++)
{
I2C_SCL_L;//时钟线下拉
delay_us();//等待数据写入完毕
delay_us();
I2C_SCL_H;//时钟线上拉
delay_us();
dat<<=1;
if(I2C_SDA_READ)
{
dat |=1;
}
else
{
dat |=0;
}
I2C_SCL_L;
delay_us();
}
if(!ack)
{
i2c_ack();
}
else
{
i2c_nack();
}
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
* */
I2C_SCL_L;
I2C_SDA_H; //释放总线
delay_us();
SET_SDA_IN;//改变数据传输方向
if(I2C_SDA_READ)
return 1;
I2C_SCL_L;
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
* --- -------------
* */
SET_SDA_OUT;
I2C_SCL_L;
delay_us();
I2C_SDA_L;
delay_us();
I2C_SCL_H;
delay_us();
I2C_SCL_L;
}
/*
* 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
* ---
* */
SET_SDA_OUT;
I2C_SCL_L;
delay_us();
I2C_SDA_H;
delay_us();
I2C_SCL_H;
delay_us();
I2C_SCL_L;
}
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