IIC通讯:IO口模拟时序

IIC简介

IIC总线系统架构

IIC是(串行、半双工(一条数据线)、同步)的通信。
系统框图

引脚配置

因为是一条数据线,又需要输入和输出数据
SCL,SDA可以配置成推挽输出、开漏输出(上拉电阻输出1)(GPIO_Init)
当配置为开漏输出时需要线上有上拉电阻,才可以输出高电平。
然后再配置IO口的输入与输出。

//PB0设置为输入或输出
#define SDA_IN() 	{GPIOB->CRL&=0XFFFFFFF0,GPIOB->CRL|=8<<0;}			//	io设置为输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0XFFFFFFF0,GPIOB->CRL|=3<<0;}		//输出模式

通信协议

空闲位

SDA和SCL两条信号线同时处于高电平。

起始位与停止位

在这里插入图片描述

数据有效性 // (应答、数据传输)

在这里插入图片描述

SDA低电平:应答
SDA高电平:非应答

应答信号

在这里插入图片描述

代码示例

i2c.h 文件

#ifndef I2C_H
#define I2C_H
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"

//PB9	SDA
//PB8  	SCL


//SDA设置为输入、输出
#define SDA_IN()  {GPIOB->CRH &=~0XF0;GPIOB->CRH|=0X80;}	
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRH &=~0XF0;GPIOB->CRH|=0X30;}

//IO操作函数	 
#define IIC_SCL    PBout(8) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(9) //SDA	 
#define READ_SDA   PBin(9)  //输入SDA 

//IIC所有操作函数
void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口				 
void IIC_Start(void);				//发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void);	  			//发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd);			//IIC发送一个字节
u8 	 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 	 IIC_Wait_Ack(void); 				//IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void);					//IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void);				//IIC不发送ACK信号

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
void IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8* data);

void IIC_WriteBytes(u8 WriteAddr,u8* data,u8 dataLength);
void IIC_ReadBytes(u8 deviceAddr, u8 writeAddr,u8* data,u8 dataLength);
#endif

以下为 i2c.c 文件

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_8;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
 
	IIC_SCL=1;
	IIC_SDA=1;

}

/*
起始信号
在SCL和SDA都是高电平时,SDA由高变低
*/
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线,准备发送或接收数据 
}	  

/*
停止信号
在SCL是高电平时,SDA由低变高
*/
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);							   	
}

/*
应答信号
在SCL由低到高在到低,这个周期期间,当SDA为低电平时,表示应答
*/
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}

/*
非应答信号
在SCL由低到高在到低,这个周期期间,当SDA为高电平时,表示非应答
*/
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}	

/*
等待应答信号
主机在SCLL高电平期间,判断SDA状态
从机反馈应答信号到数据线,单片机与从机之间是一条数据线,半双工,即判断SDA引脚状态即可
返回值:1:接收应答成功
				0:接收应答失败
*/
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 

/*
发送一个字节(8位),(发送一位数据,是0或1)
*/
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
}

/*
读一个字节(8位),按位读取
*/
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}
分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform, FRFT)是对传统傅里叶变换的拓展,它通过非整数阶的变换方式,能够更有效地处理非线性信号以及涉及时频局部化的问题。在信号处理领域,FRFT尤其适用于分析非平稳信号,例如在雷达、声纳和通信系统中,对线性调频(Linear Frequency Modulation, LFM)信号的分析具有显著优势。LFM信号是一种频率随时间线性变化的信号,因其具有宽频带和良好的时频分辨率,被广泛应用于雷达和通信系统。FRFT能够更精准地捕捉LFM信号的时间和频率信息,相比普通傅里叶变换,其性能更为出色。 MATLAB是一种强大的数值计算和科学计算工具,拥有丰富的函数库和用户友好的界面。在MATLAB中实现FRFT,通常需要编写自定义函数或利用信号处理工具箱中的相关函数。例如,一个名为“frft”的文件可能是用于执行分数阶傅里叶变换的MATLAB脚本或函数,并展示其在信号处理中的应用。FRFT的正确性验证通常通过对比变换前后信号的特性来完成,比如评估信号的重构质量、信噪比等。具体而言,可以通过计算原始信号与经过FRFT处理后的信号之间的相似度,或者对比LFM信号的关键参数(如初始频率、扫频率和持续时间)是否在变换后得到准确恢复。 在MATLAB代码实现中,通常包含以下步骤:首先,生成LFM信号模型,设定其初始频率、扫频率、持续时间和采样率等参数;其次,利用自定义的frft函数对LFM信号进行分数阶傅里叶变换;接着,使用MATLAB的可视化工具(如plot或imagesc)展示原始信号的时域和频域表示,以及FRFT后的结果,以便直观对比;最后,通过计算均方误差、峰值信噪比等指标来评估FRFT的性能。深入理解FRFT的数学原理并结合MATLAB编程技巧,可以实现对LFM信号的有效分析和处理。这个代码示例不仅展示了理论知识在
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