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標題: IIC通信協議分析--STM32F4驅動溫濕度傳感器SHT20為例 [打印本頁]

作者: csy-2015-06 時間: 2018-10-27 10:49
標題: IIC通信協議分析--STM32F4驅動溫濕度傳感器SHT20為例

IIC總線

1 IIC總線概述（文檔有圖）

I2C總線兩線制包括：串行數據SDA（Serial Data）、串行時鐘SCL（Serial Clock）。總線必須由主機（通常為微控制器）控制，主機產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。

IIC總線特征：同步串行半雙工(同一時刻只能是一種身份)

2 IIC總線拓撲圖

SDA：雙向串行數據線，數據是一位一位傳輸，既可以從主機發送到從機，也可以從從機發送到主機

SCL：時鐘線（單向），驅動數據線SDA的信號由時鐘線SCL提供，只能由主機發送，從機接收

主機：主機產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始條件(占用總線)和停止條件(釋放總線)

從機：從機也能發送數據給主機，但是從機永遠不會主動給主機發送數據。

主機是主宰

主機是如何找到從機來進行通信的呢？

2.1 主從設備通信

主機如何能找到對應的從機與其進行通信？

每個從機都有一個唯一的器件地址，主機就是通過這個器件地址去找到對應的從機與其通信。

器件地址誰分配？如何分配?（具體查看模塊手冊）

在IIC總線上，從機的器件地址可以為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）

器件地址的位數是由廠家決定

固定地址的位數和內容也是由廠家決定

可編程地址的位數由廠家決定

可編程地址的內容由使用者決定

3 IIC數據幀

UART數據幀格式：起始位+數據位（5~8）+校驗位+停止位。

IC數據幀格式：起始條件+數據位（8位）+應答位+停止條件

起始條件：一次通信的開始（主機占用總線）

數據位：從發送器到接收器，連續的8位數據

應答位：當接收器成功接收到發送器的8位數據后，必須應答。0代表應答，1代表非應答。

停止條件：一次通信的結束（主機釋放總線，雙線電平拉高）

4 標準IIC協議

空閑狀態

開始信號

停止信號

應答信號

數據的有效性

數據傳輸

4.1 空閑狀態（都拉高，數據比時鐘快）

空閑狀態：此時各個器件的輸出級場效應管均處在截止狀態，即釋放總線，由兩條信號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（C高D變高、都高）

起始信號：當SCL為高期間，SDA由高到低的跳變；啟動信號是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。

停止信號：當SCL為高期間，SDA由低到高的跳變；停止信號也是一種電平跳變時序信號，而不是一個電平信號。

起始條件偽代碼

SCL=1

SDA=1 //起始前都是高電平

//延時，起始條件建立時間

SDA=0//SDA變低，產生起始條件

//延時，起始條件的保持時間

SCL=0//一個周期的結束

停止條件偽代碼

SCL=1

SDA=0//低

//延時，停止條件建立時間

SDA=1//SDA變高產生停止條件

//延時，本次停止條件到下一個起始條件的時間間隔

4.3 位傳輸(C低D準備數據，C拉高讀取D)

SCL串行時鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數據。數據的準備是在SCL的低電平，數據位的傳輸是上邊沿觸發。

拉低準備數據，拉高采集數據

主機發送一位數據給從機：（主機輸出）

SCL=0//主機拉低時鐘線

SDA=0/1//主機在總線上準備數據

//延時，讓數據穩定在數據線上

SCL=1//主機拉高時鐘線

從機在時鐘上升沿從總線上采集數據

//延時，給時間從機采集數據

主機讀取從機發送的一位數據：（主機輸入）

SCL=0//主機拉低時鐘線

從機在總線上準備數據（從機自動進行，主機不動作）

//延時，讓數據穩定在數據線上

SCL=1//主機拉高時鐘線

主機讀取SDA//主機在時鐘上升沿從總線上采集數據

//延時，給時間主機機采集數據

4.4 應答位（第九位發送高（不應答）低（應答））

發送器每發送一個字節，就在時鐘脈沖9期間釋放數據線，由接收器反饋一個應答信號。

應答信號為低電平時，規定為有效應答位（ACK簡稱應答位），表示接收器已經成功地接收了該字節；

應答信號為高電平時，規定為非應答位（NACK），一般表示接收器接收該字節沒有成功

主機讀取從機的應答：（主機讀取一位數據）

主機每發送1個字節給從機后，都必須通過這個應答位查看從機是否能正常收到，如果一旦讀到的是非應答信號（‘1’），表明沒有正常接收到當前字節數據，通信就要終止（主機發送停止信號）

SCL=0//主機拉低時鐘線（還是拉低給數據，拉高采集數據）

從機根據自己接受的情況，給不給主機應答信號

//延時，讓數據穩定在數據線上

SCL=1//主機拉高時鐘線

主機讀取SDA//主機在時鐘上升沿從總線上采集應答信號

//延時，給時間主機機采集數據

如果采集到的0，表示有應答，如果采集到的是1，表示非應答

主機發送一個應答給從機：（主機發送一位數據）

主機每讀取完從機發送過來的一個字節數據后，都必須給從機一個應答信號。如果主機讀取完當前字節后還想從機繼續給它發下一個字節數據，就要給從機應答（‘0’），如果主機讀取完當前字節后不想從機再給它發數據，那么主機發送非應答信號（‘1’）給從機。

SCL=0//主機拉低時鐘線

SDA=0/1//主機根據自己的情況，決定給不給應答從機

//延時，讓數據穩定在數據線上

SCL=1//主機拉高時鐘線

從機在時鐘上升沿從總線上采集應答位

//延時，給時間從機采集數據

5 IIC的尋址方式

器件地址（8位）組成：7位從設備地址+1位方向位

從設備地址包含了固定地址和可編程地址

方向位決定有效數據位的傳輸方向，主機---》從機（主機寫）還是從機----》主機（主機讀）

5.1 IIC一次完整通信

1. 主機發送起始條件（主機占用總線，喚醒總線所有的從機）

2. 主機發送器件地址（總線上所有的從機就會拿這個器件跟自身進行比較，匹配成功的那個從機就會回復一個應答信號給主機，并根據方向位來決定數據傳輸方向）

3. 進行有效數據交流（每傳輸完一個直接數據都要給應答）

4. 主機發送停止信號（釋放總線，結束本次通信）

5.2 IIC三種通信方式

只讀主機只讀取數據

只寫：主機僅發送數據

有讀有寫

6 GPIO口模擬IIC通信協議

GPIO初始化

作為SCL的GPIO口：時鐘線SCL只能由主機（MCU）發出，SCL既有低電平也有高電平，所以這個GPIO口可以配置成推挽輸出，另外總線結構本來就有上拉電阻，所以也可以配置成開漏輸出。

作為SDA的GPIO口：數據線SDA是雙向的，有時候需要從MCU發送，有時候又要輸入到MCU里。剛好，在M4里面，當GPIO口配置成輸出模式時，輸入電路并沒有被關閉。但是，當在采集輸入信號的時候，IO口的輸出電路就很有可能會影響到輸入信號的采集，所以必須要配置成開漏輸出，在讀取輸入信號前輸出‘1’,目的是讓輸出電路從IO口中斷開。

準備數據要延時，讀取數據也要延時

起始條件

void IIC_Start(void)

{

IIC_SCL=1;

IIC_SDA_OUT=1;

Systick_Delay_us(1);//延時，起始條件建立時間

IIC_SDA_OUT=0;//產生起始條件

Systick_Delay_us(2);//延時，起始條件的保持時間

IIC_SCL=0;//一個周期的結束

}

停止條件

void IIC_Stop(void)

{

IIC_SCL=1;

IIC_SDA_OUT=0;

Systick_Delay_us(1);//延時，停止條件建立時間

IIC_SDA_OUT=1;//產生停止條件

Systick_Delay_us(1);//延時，本次停止條件到下一個起始條件的時間間隔

}

主機發送應答

void IIC_Send_ACK(u8 ack)

{

IIC_SCL=0;//主機拉低時鐘線

if(ack)//主機根據自己的情況，決定給不給應答從機

{

IIC_SDA_OUT=1;

}

else

{

IIC_SDA_OUT=0;

}

Systick_Delay_us(2);//延時，讓數據穩定在數據線上

IIC_SCL=1;//主機拉高時鐘線,從機在時鐘上升沿從總線上采集應答位

Systick_Delay_us(1);//延時，給時間從機采集數據

}

主機讀取應答

u8 IIC_Revice_Ack(void)

{

u8 ack=0;

IIC_SCL=0;//主機拉低時鐘線

IIC_SDA_OUT=1;//切換成讀模式---讓輸出電路從IO口斷開*************************

//從機根據自己接受的情況，給不給主機應答信號

Systick_Delay_us(2);//延時，讓數據穩定在數據線上

IIC_SCL=1;//主機拉高時鐘線

if(IIC_SDA_IN)//主機在時鐘上升沿從總線上采集應答信號

{

ack=1;

}

Systick_Delay_us(1);//延時，給時間主機機采集數據

IIC_SCL=0;//完整周期

return ack;

}

主機發送一個字節數據給從機

u8 IIC_Send_Byte(u8 data)

{

u8 i;

for(i=0;i<8;i++)

{

IIC_SCL=0;//主機拉低時鐘線

//主機在總線上準備數據

if(data&0x80) IIC_SDA_OUT=1;

else IIC_SDA_OUT=0;

Systick_Delay_us(2);//延時，讓數據穩定在數據線上

IIC_SCL=1;//主機拉高時鐘線

//從機在時鐘上升沿從總線上采集數據

Systick_Delay_us(1);//延時，給時間從機采集數據

data<<=1;//讓次高位成為最高位

}

return IIC_Revice_Ack( );

}

主機讀取從機的一個字節數據

u8 IIC_Revice_Byte(u8 ack)

{

u8 i;

u8 data=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

IIC_SCL=0;//主機拉低時鐘線

IIC_SDA_OUT=1;//切換成讀模式---讓輸出電路從IO口中斷開***************************

//從機在總線上準備數據

Systick_Delay_us(2);//延時，讓數據穩定在數據線上

IIC_SCL=1;//主機拉高時鐘線

data<<=1;//空出最低位來接受數據

//主機在時鐘上升沿從總線上采集數據

if(IIC_SDA_IN)

{

data |=1;

}

Systick_Delay_us(1);//延時，給時間主機機采集數據

}

IIC_Send_ACK(ack);

return data;

}

7 IIC驅動溫濕度傳感器

7.1 SHT20命令

7.2 SHT20測量時序

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

ack = IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR&0XFE);//發送器件地址+寫方向

if(ack)//沒有應答

{

IIC_Stop( );

return -1;

}

ack = IIC_Send_Byte(cmd);//發送測量命令

if(ack)//沒有應答，等待從機應答

{

IIC_Stop( );

return -1;

}

{

Delay_ms(10);//給時間測量

IIC_Start( ); //開始信號，測量中

ack = IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR | 0x01);//發送器件地址+讀方向

}while(ack);//沒有應答則繼續詢問，知道有應答，表明測量結束

data |= IIC_Revice_Byte(0) <<8;//高位結果

data |= IIC_Revice_Byte(1) ; //低位結果

IIC_Stop( );

//------數字信號轉換成模擬信號

data &=0xFFFC;//清除兩位狀態位

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 時間: 2018-10-27 10:51
PDF文檔密碼：20171027

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密碼：20181027

作者: leekuip 時間: 2020-2-28 18:18
樓主，這個有stm32F4的完成代碼嗎？我用F103的代碼移植到407上，不好使了，不知道啥問題。

作者: zycwswws 時間: 2020-6-29 22:59
非常感謝，最近在做一個相關的項目，遇到問題，能不能冒昧請教下？？

歡迎光臨 (http://m.raoushi.com/bbs/)

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