一、IIC总线概述
1、IIC总线介绍
I2C (Inter－Integrated Circuit)总线产生于在80年代， 由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备, 最初为音频和视频设备开发。I2C总线两线制包括：串行数据SDA（Serial Data）、串行时钟SCL（Serial Clock）。时钟线必须由主机（通常为微控制器）控制，主机产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。I2C总线上有主机(MCU)和从机(片外外设，如AT24C02)之分，可以有多个主机和多个从机。从机永远不会主动给主机发送数据。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。
USART : 异步串行全双工
SPI： 同步串行全双工
IIC：同步串行半双工
挂载在同一根IIC总线上可以有多个设备，有主机和从机之分
2、IIC总线物理拓扑图
3、IIC总线主从设备通信
SPI如何解决从多个从机中选择一个通信：片选线
IIC如何解决从多个从机中选择一个通信: 器件地址
首先向外界发出一个器件地址
所有挂载在这个总线上的设备都可以接收到这个地址
设备获取到这个器件地址后和本身的地址作比较
匹配的设备就会接下来接收主机发出的数据
其他设备重新处于休眠状态
器件地址：一般是7位的硬件地址 + 1位的读写位
IIC通信规定一次发送的数据是8位的
针对主机而言：
写（向外界发送数据）：0
读（从外界接收数据）：1
4、IIC总线与UART比较
通讯协议UARTIICSPI特征异步串行全双工同步串行半双工同步串行全双工接口TX、RXSDA、SCLMOSI、MISO、CS、SCK速度波特率很多100Khz、400Khz、3.5MhzMhz级以上数据帧格式起始位+数据位+校验位+停止位起始条件+位传输+应答+停止条件四种MODE0-3主从设备通讯没有主从之分有主从之分有主从之分总线结构一对一一对多一对多发送数据顺序先发低位再发高位先发高位再发低位 先发高位再发低位 SPI控制器可以选择先低后高还是先高后低
二、IIC总线数据
1、IIC数据帧的格式
起始条件（告诉接收方要开始发送数据了）：在时钟线高电平期间，数据线产生下降沿
数据的传输：时钟线低电平期间发送数据，高电平期间接收数据，需要给一定的时间让数据可以发送和接收
高位先发，8位数据的发送
应答位：1个位的数据，代表当前有没有受到数据，是接收方回发给发送方的
（0）应答：代表接收到数据并且可以继续发送
（1）非应答：代表当前不能再接受数据了
停止条件（代表一次通信结束）：在时钟线高电平期间，数据线产生上升沿
2、标准IIC时序（100khz）
1、起始条件 SDA = 1; SCL = 1; Delay_us(4);//起始条件的建立时间 SDA = 0; Delay_us(4);//起始条件的保持时间 SCL = 0;//一个完整的时钟周期
2、停止条件 SDA = 0; SCL = 1; Delay_us(4);//停止条件的建立时间 SDA = 1; Delay_us(4);//停止和启动条件之间的总线空闲时间
3、位传输 高位先发，高电平期间接收数据，低电平期间发送数据
主机发送数据（发送的是写方向）： for( i = 0 ; i < 8; i++) { SCL = 0; SDA = 0/1; Delay_us(4);//主机发送数据的时间 SCL = 1; Delay_us(4);//从机接收数据的时间 }
主机接收数据：（发送的是读方向） for( i = 0 ; i < 8; i++) { SCL = 0; Delay_us(4);//从机发送数据的时间 SCL = 1; if(SDA) { Data |= 1; } Delay_us(4);//主机接受数据的时间 }
4、应答
主机发送一个应答位： SCL = 0; SDA = 0/1; Delay_us(4);//主机发送数据的时间 SCL = 1; Delay_us(4);//从机接收数据的时间 SCL = 0; Delay_us(4);//保证周期的完整性
主机接收一个应答位： SCL = 0; Delay_us(4);//从机发送数据的时间 SCL = 1; if(SDA) { Data = 1; } Delay_us(4);//主机接受数据的时间 SCL = 0; Delay_us(4);//保证周期的完整性
三、SHT20温湿度芯片
1、硬件:
相对湿度的误差在±3
湿度范围：0 - 100%
温度的误差在±0.3摄氏度
温度范围：-40 - 125摄氏度
管脚说明：
SCL: IIC通信的时钟线
SDA: IIC通信的数据线
SHT20采用IIC的400kHZ的通信速率
测量温度的命令：0xf3
测量湿度的命令：0xf5
器件地址 + 写方向：0x80
器件地址 + 写方向：0x81
2、软件：
通信步骤: 1. 传感器上电，最多等待15ms的时间再去发送相应的命令 2. 发送器件地址 + 方向位以及相应的命令去触发测量
3、时序
起始条件--->发送器件地址 + 写方向（0x80） --> 如果通信正常则回应答位 --> 发送测量温湿度数据的命令-->
起始条件--->不断发送发送器件地址 + 读方向（0x81）直到回了一个应答才停止发送器件地址 + 读方向（0x81）-->如果回了应答就可以接收从机发过来的数据（16位构成的），需要接收两次才完整，先发送过来的数据是16位数据中的高八位----->接受完16位的数据主机发送非应答告诉SHT20不用再回发数据---->停止条件
注意：接收回来的16位数据中最低两位要清零
起始条件 ---->发送器件地址 + 写方向（0x80）---->等待sht20应答 ---->发送软复位指令（0xfe）等待sht20应答 ---->停止条件
写用户寄存器:
起始条件 ---->发送器件地址 + 写方向（0x80）---->等待sht20应答 ---->发送0xe6告诉SHT20要往用户寄存器里写值----> 等待sht20应答 ---->发送需要写到里面的值---->等待sht20应答 ----->停止条件
RH = -6 + 125 * Srh / 65536
T = -46.85 + 175.72 * St / 65536
初始化GPIO口
PB8 -- SCL -- 推挽输出
PB9 -- SDA
输入输出模式切换
SDA线既可以接收数据也可以发送数据
输入模式的时候不能输出数据
输出模式的时候可以读取数据
开漏输出
开漏输出：只能输出低电平
如果输出高电平就是断开输出电路
#include "iic.h"
/****************************
函数功能：初始化IIC总线的IO口
函数形参：void
函数返回值：void
函数说明：
PB8 -- SCL -- 推挽输出
PB9 -- SDA
1.输入输出模式切换
SDA线既可以接收数据也可以发送数据
输入模式的时候不能输出数据
输出模式的时候可以读取数据
2.开漏输出
开漏输出：只能输出低电平
如果输出高电平就是断开输出电路
****************************/
void Iic_PortInit(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//定义了一个结构体变量
//1. 打开GPIOB的时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
//2. 配置GPIO口功能
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//配置输出模式
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//配置为推挽
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;//选择8号管脚
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//无上下拉
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Low_Speed;//低速
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;//配置为开漏
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//选择9号管脚
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
/****************************
函数功能：起始条件
函数形参：void
函数返回值：void
函数说明：
在时钟线高电平期间，数据线产生下降沿
****************************/
void IIC_Start(void)
{
SDA_H;
SCL_H;
Delay_Us(4);//起始条件的建立时间
SDA_L;
Delay_Us(4);//起始条件的保持时间
SCL_L;//保证周期完整
}
/****************************
函数功能：停止条件
函数形参：void
函数返回值：void
函数说明：
在时钟线高电平期间，数据线产生上升沿
****************************/
void IIC_Stop(void)
{
SDA_L;
SCL_H;
Delay_Us(4);//停止条件的建立时间
SDA_H;
Delay_Us(4);//停止和启动条件之间的总线空闲时间
}
/****************************
函数功能：发送应答位
函数形参：u8 ack
函数返回值：void
函数说明：
0：代表应答
1：代表非应答
****************************/
void Send_Ack(u8 ack)
{
SCL_L;//发送方准备发送数据
if(ack)
{
SDA_H;
}
else
{
SDA_L;
}
Delay_Us(4);//发送数据所需要的时间
SCL_H;
Delay_Us(4);//接收数据所需要的时间
SCL_L;
Delay_Us(4);//保证一个完整的周期
}
/****************************
函数功能：接收应答位
函数形参：void
函数返回值：u8
函数说明：
0：代表应答
1：代表非应答
****************************/
u8 Receive_Ack(void)
{
u8 ack = 0;
SDA_H;//断开输出电路
SCL_L;//发送方准备发送数据
Delay_Us(4);//发送数据所需要的时间
SCL_H;
if(SDA)
{
ack = 1;
}
Delay_Us(4);//接收数据所需要的时间
SCL_L;
Delay_Us(4);//保证一个完整的周期
return ack;
}
/****************************
函数功能：发送一个字节并接收一个应答位
函数形参：u8 data
函数返回值：u8
函数说明：
0：代表应答
1：代表非应答
****************************/
u8 Send_Byte_Receive_Ack(u8 data)
{
u8 i,ack = 0;
for(i = 0; i < 8; i++)
{
SCL_L;//发送方准备发送数据
//1100 0011
//0100 0000
if(data & 0x80 >> i)
{
SDA_H;
}
else
SDA_L;
Delay_Us(4);//发送数据所需要的时间
SCL_H;
Delay_Us(4);//接收数据所需要的时间
}
ack = Receive_Ack();
return ack;
}
/****************************
函数功能：接收一个字节并发送一个应答位
函数形参：u8 data
函数返回值：u8
函数说明：
0：代表应答
1：代表非应答
****************************/
u8 Receive_Byte_Send_Ack(u8 ack)
{
u8 i = 0;
u8 data = 0;
for(i = 0; i < 8; i++)
{
SCL_L;//发送方准备发送数据
Delay_Us(4);//发送数据所需要的时间
SDA_H;//断开输出电路
SCL_H;
data <<= 1;//空出最低位
if(SDA)
{
data |= 1;
}
Delay_Us(4);//接收数据所需要的时间
}
Send_Ack(ack);
return data;
}
#ifndef __IIC_H_
#define __IIC_H_
#include "stm32f4xx.h"
#include "delay.h"
#define SCL_H GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8)
#define SCL_L GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8)
#define SDA_H GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9)
#define SDA_L GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9)
#define SDA GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_9)
void Iic_PortInit(void);
void IIC_Start(void);
void IIC_Stop(void);
u8 Send_Byte_Receive_Ack(u8 data);
u8 Receive_Byte_Send_Ack(u8 ack);
#endif
完整版代码例程在
【免费】STM32控制SHT20温湿度芯片资源-CSDN文库
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