2023.1.3 作业

1. 通过模拟IIC时序，实现si7006芯片采集的温湿度读取。

iic.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 

iic.c

#include "../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     \
     *          --------
     * */    
    // 1.设置SDA为输出模式
    SET_SDA_OUT;

    // 2.SCL拉高
    I2C_SCL_H;

    // 3.延时函数
    delay_us();

    // 4.SDA拉高
    I2C_SDA_H;

    // 5.延时函数
    delay_us();

    // 6.SDA拉低
    I2C_SDA_L;

    // 7.SCL拉低
    I2C_SCL_L;
}

/*
 * 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       /
     *    --- -------
     * */
    // 1.设置SDA为输出模式
    SET_SDA_OUT;

    // 2.SCL拉低
    I2C_SCL_L;

    // 3.延时函数
    delay_us();

    // 4.SDA拉低
    I2C_SDA_L;

    // 5.延时函数
    delay_us();

    // 6.SCL拉高
    I2C_SCL_H;

    // 7.延时函数
    delay_us();

    // 8.SDA拉高
    I2C_SDA_H;

    // 9.延时函数
    delay_us();
}

/*
 * 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 
     * */
    //1.设置SDA为输出模式
    SET_SDA_OUT;

    //2.循环向SDA写一位数据
    for (int i = 0; i < 8;i++){
        //3.SCL拉低
        I2C_SCL_L;

        //4.延时函数
        delay_us();

        //5.判断数据的最高位是0还是1
        if(dat & 0x80){
            //6.SDA拉高
            I2C_SDA_H;
        }else{
            //6.SDA拉低
            I2C_SDA_L;
        }

        //7.延时函数
        delay_us();

        //8.SCL拉高，让接收器读取数据
        I2C_SCL_H;

        //9.延时函数对齐
        delay_us();
        delay_us();

        //10.将数据的最高位移出，次高位补上
        dat <<= 1;
    }
}

/*
 * 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 
     * */
    //1.设置SDA为输入模式
    SET_SDA_IN;

    //2.定义用于存储数据的变量
    unsigned char dat=0;

    //3.循环从SDA读取一位数据
    for (int i = 0; i < 8;i++){
        //4.SCL拉低，等待发送机写入一位数据
        I2C_SCL_L;

        //5.延时函数
        delay_us();
        delay_us();

        //6.SCL拉高，读取一位数据到变量中
        I2C_SCL_H;

        //7.延时函数
        delay_us();

        //8.将dat变量左移一位
        dat <<= 1;

        //9.判断SDA上的数据是0还是1
        if(I2C_SDA_READ){
            //10.将数据写入dat变量
            dat |= 1;
        }else{
            dat |= 0;
        }

        //11.延时函数
        delay_us();
    }
    //12.给发送机回复一个应答信号或非应答信号
    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
     * */
    unsigned char ack=0;

    //1.SCL拉低
    I2C_SCL_L;

    //2.延时函数
    delay_us();

    //3.SDA拉高，释放SDA数据线
    I2C_SDA_H;

    //4.延时函数
    delay_us();

    //5.延时函数，等待接收机发送应答信号或非应答信号
    delay_us();
    delay_us();

    //6.设置SDA为输入模式
    SET_SDA_IN;

    //7.SCL拉高
    I2C_SCL_H;

    //8.延时函数
    delay_us();

    //9.读取SDA上的电平
    if(I2C_SDA_READ){
        ack = 1;
    }else{
        ack = 0;
    }

    //10.延时函数
    delay_us();

    //11.SCL拉低
    I2C_SCL_L;

    return ack;
}
/*
 * 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 
     *    --- -------------
     * */
    //1.设置SDA为输出模式
    SET_SDA_OUT;

    //2.SCL拉低
    I2C_SCL_L;

    //3.延时函数
    delay_us();

    //4.SDA输出低电平
    I2C_SDA_L;

    //5.延时函数
    delay_us();

    //6.SCL拉高，接收机读取应答信号
    I2C_SCL_H;

    //7.延时函数
    delay_us();
    delay_us();

    //8.SCL拉低
    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 
     *    --- 
     * */    
    //1.设置SDA为输出模式
    SET_SDA_OUT;

    //2.SCL拉低
    I2C_SCL_L;

    //3.延时函数
    delay_us();

    //4.SDA输出高电平
    I2C_SDA_H;

    //5.延时函数
    delay_us();

    //6.SCL拉高，接收机读取应答信号
    I2C_SCL_H;

    //7.延时函数
    delay_us();
    delay_us();

    //8.SCL拉低
    I2C_SCL_L;
}

si7006.h

#ifndef __SI7006_H__
#define __SI7006_H__

#include "iic.h"
#define        SI7006_SLAVE      0x40

void si7006_init(void);

short si7006_read_temp(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr);

unsigned short si7006_read_hum(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr);


#endif //__SI7006_H__

si7006.c

#include "iic.h"
#include "si7006.h"
extern void delay_ms(unsigned int ms);
/*
 * 函数名：si7006_init
 * 函数功能：SI7006芯片的初始化
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
*/
void si7006_init(void)
{
    i2c_init();
    i2c_start();
    i2c_write_byte(SI7006_SLAVE<<1);
    i2c_wait_ack();
    i2c_write_byte(0xE6);
    i2c_wait_ack();
    i2c_write_byte(0x3A);
    i2c_wait_ack();
    i2c_stop();
}
/*
 * 函数名：si7006_read_temp
 * 函数功能：读取SI7006的温度转换结果
 * 函数参数：
 *     slave_addr ： 从机地址
 *     reg_addr ： 寄存器地址
 * 函数返回值：无
*/
short si7006_read_temp(unsigned char slave_addr, 
        unsigned char reg_addr)
{
    short dat=0;
    unsigned char dat_l=0, dat_h=0;
    i2c_start();
    i2c_write_byte(slave_addr << 1);
    i2c_wait_ack();
    i2c_write_byte(reg_addr);
    i2c_wait_ack();
    i2c_start();
    i2c_write_byte(slave_addr<<1 | 1);
    i2c_wait_ack();
    if(reg_addr!=0xE0)
        delay_ms(12);
    dat_h = i2c_read_byte(0);
    dat_l = i2c_read_byte(1);
    i2c_stop();
    dat = ((short)dat_h << 8) | dat_l;
    return dat;
}

/*
 * 函数名：si7006_read_hum
 * 函数功能：读取SI7006的湿度转换结果
 * 函数参数：
 *     slave_addr ： 从机地址
 *     reg_addr ： 寄存器地址
 * 函数返回值：无
*/
unsigned short si7006_read_hum(unsigned char slave_addr, 
        unsigned char reg_addr)
{
    unsigned short dat=0;
    unsigned char dat_l=0, dat_h=0;
    i2c_start();
    i2c_write_byte(slave_addr << 1);
    i2c_wait_ack();
    i2c_write_byte(reg_addr);
    i2c_wait_ack();
    i2c_start();
    i2c_write_byte(slave_addr<<1 | 1);
    i2c_wait_ack();
    if(reg_addr!=0xE0)
        delay_ms(12);
    dat_h = i2c_read_byte(0);
    dat_l = i2c_read_byte(1);
    i2c_stop();
    dat = ((unsigned short)dat_h << 8) | dat_l;
    return dat;
}

main.c

#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_data;

    short temp_data;

    si7006_init();

    while(1)

    {

        hum_data = si7006_read_hum(SI7006_SLAVE, 0xE5);

        temp_data = si7006_read_temp(SI7006_SLAVE, 0xE0);

        printf("hum_data=%d.%d\n", (125 * 100 * hum_data / 65536 - 600) / 100,

                                (125 * 100 * hum_data / 65536 - 600) % 100);

        printf("temp_data=%d.%d\n", (17572 * temp_data / 65536 - 4685) / 100,

                                (17572 * temp_data / 65536 - 4685) % 100);

        delay_ms(2000);

    }

    return 0;

}

实验现象：