IIC总线
I2C总线两线制包括:串行数据SDA(Serial Data)、串行时钟SCL(Serial Clock)。总线必须由主机(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。
IIC总线特征:同步串行半双工(同一时刻只能是一种身份)
SDA:双向串行数据线,数据是一位一位传输,既可以从主机发送到从机,也可以从从机发送到主机
SCL:时钟线(单向),驱动数据线SDA的信号由时钟线SCL提供,只能由主机发送,从机接收
主机:主机产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向,并产生起始条件(占用总线)和停止条件(释放总线)
从机:从机也能发送数据给主机,但是从机永远不会主动给主机发送数据。
主机是主宰
主机是如何找到从机来进行通信的呢?
主机如何能找到对应的从机与其进行通信?
每个从机都有一个唯一的器件地址,主机就是通过这个器件地址去找到对应的从机与其通信。
器件地址谁分配?如何分配?(具体查看模块手册)
在IIC总线上,从机的器件地址可以为7位或者10位,一般情况下都是7位器件地址。
在器件地址中包含了固定地址(在高位,不可变)和可编程地址(在低位,可变)
器件地址的位数是由厂家决定
固定地址的位数和内容也是由厂家决定
可编程地址的位数由厂家决定
可编程地址的内容由使用者决定
UART数据帧格式:起始位+数据位(5~8)+校验位+停止位。
IC数据帧格式:起始条件+数据位(8位)+应答位+停止条件
起始条件:一次通信的开始(主机占用总线)
数据位:从发送器到接收器,连续的8位数据
应答位:当接收器成功接收到发送器的8位数据后,必须应答。0代表应答,1代表非应答。
停止条件:一次通信的结束(主机释放总线,双线电平拉高)
空闲状态
开始信号
停止信号
应答信号
数据的有效性
数据传输
空闲状态:此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态,即释放总线,由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
起始信号:当SCL为高期间,SDA由高到低的跳变;启动信号是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号。
停止信号:当SCL为高期间,SDA由低到高的跳变;停止信号也是一种电平跳变时序信号,而不是一个电平信号。
SCL=1SDA=1 //起始前都是高电平//延时,起始条件建立时间SDA=0//SDA变低,产生起始条件//延时,起始条件的保持时间SCL=0//一个周期的结束
SCL=1SDA=0//低//延时,停止条件建立时间SDA=1//SDA变高 产生停止条件//延时,本次停止条件到下一个起始条件的时间间隔
SCL串行时钟的配合下,在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据的准备是在SCL的低电平,数据位的传输是上边沿触发。
拉低准备数据,拉高采集数据
SCL=0//主机拉低时钟线SDA=0/1//主机在总线上准备数据//延时,让数据稳定在数据线上SCL=1//主机拉高时钟线从机在时钟上升沿从总线上采集数据//延时,给时间从机采集数据
SCL=0//主机拉低时钟线从机在总线上准备数据(从机自动进行,主机不动作)//延时,让数据稳定在数据线上SCL=1//主机拉高时钟线主机读取SDA//主机在时钟上升沿从总线上采集数据//延时,给时间主机机采集数据
发送器每发送一个字节,就在时钟脉冲9期间释放数据线,由接收器反馈一个应答信号。
应答信号为低电平时,规定为有效应答位(ACK简称应答位),表示接收器已经成功地接收了该字节;
应答信号为高电平时,规定为非应答位(NACK),一般表示接收器接收该字节没有成功
主机读取从机的应答:(主机读取一位数据)
主机每发送1个字节给从机后,都必须通过这个应答位查看从机是否能正常收到,如果一旦读到的是非应答信号(‘1’),表明没有正常接收到当前字节数据,通信就要终止(主机发送停止信号)
SCL=0//主机拉低时钟线 (还是拉低给数据,拉高采集数据)从机根据自己接受的情况,给不给主机应答信号//延时,让数据稳定在数据线上SCL=1//主机拉高时钟线主机读取SDA//主机在时钟上升沿从总线上采集应答信号//延时,给时间主机机采集数据如果采集到的0,表示有应答,如果采集到的是1,表示非应答
主机发送一个应答给从机:(主机发送一位数据)
主机每读取完从机发送过来的一个字节数据后,都必须给从机一个应答信号。如果主机读取完当前字节后还想从机继续给它发下一个字节数据,就要给从机应答(‘0’),如果主机读取完当前字节后不想从机再给它发数据,那么主机发送非应答信号(‘1’)给从机。
SCL=0//主机拉低时钟线SDA=0/1//主机根据自己的情况,决定给不给应答从机//延时,让数据稳定在数据线上SCL=1//主机拉高时钟线从机在时钟上升沿从总线上采集应答位//延时,给时间从机采集数据
假如知道是400KHz最大值,400KHz,意味着数据是800KHz。那么一个命令或数据需要的时间是1.25um。延时的目的是,一个IIC外设命令到下一个命令之间,要有大概一个信号跳变间隔咯?
100KHZ意味着数据是200KHZ。需要延时5um
器件地址(8位)组成:7位从设备地址+1位方向位
从设备地址包含了固定地址和可编程地址
方向位决定有效数据位的传输方向,主机—》从机(主机写) 还是 从机----》主机(主机读)
\1. 主机发送起始条件(主机占用总线,唤醒总线所有的从机)
\2. 主机发送器件地址(总线上所有的从机就会拿这个器件跟自身进行比较,匹配成功的那个从机就会回复 一个应答信号给主机,并根据方向位来决定数据传输方向)
\3. 进行有效数据交流(每传输完一个直接数据都要给应答)
\4. 主机发送停止信号(释放总线,结束本次通信)
只读主机只读取数据
只写:主机仅发送数据
有读有写
GPIO初始化
作为SCL的GPIO口:时钟线SCL只能由主机(MCU)发出,SCL既有低电平也有高电平,所以这个GPIO口可以配置成推挽输出,另外总线结构本来就有上拉电阻,所以也可以配置成开漏输出。
作为SDA的GPIO口:数据线SDA是双向的,有时候需要从MCU发送,有时候又要输入到MCU里。刚好,在M4里面,当GPIO口配置成输出模式时,输入电路并没有被关闭。但是,当在采集输入信号的时候,IO口的输出电路就很有可能会影响到输入信号的采集,所以必须要配置成开漏输出,在读取输入信号前输出‘1’,目的是让输出电路从IO口中断开。
准备数据要延时,读取数据也要延时
起始条件
void IIC_Start(void){ IIC_SCL=1; IIC_SDA_OUT=1; Systick_Delay_us(1);//延时,起始条件建立时间 IIC_SDA_OUT=0;//产生起始条件 Systick_Delay_us(2);//延时,起始条件的保持时间 IIC_SCL=0;//一个周期的结束}
停止条件
void IIC_Stop(void){ IIC_SCL=1; IIC_SDA_OUT=0; Systick_Delay_us(1);//延时,停止条件建立时间 IIC_SDA_OUT=1;//产生停止条件 Systick_Delay_us(1);//延时,本次停止条件到下一个起始条件的时间间隔}
主机发送应答
void IIC_Send_ACK(u8 ack){ IIC_SCL=0;//主机拉低时钟线 if(ack)//主机根据自己的情况,决定给不给应答从机 { IIC_SDA_OUT=1; } else { IIC_SDA_OUT=0; } Systick_Delay_us(2);//延时,让数据稳定在数据线上 IIC_SCL=1;//主机拉高时钟线,从机在时钟上升沿从总线上采集应答位 Systick_Delay_us(1);//延时,给时间从机采集数据 }
主机读取应答
u8 IIC_Revice_Ack(void){ u8 ack=0; IIC_SCL=0;//主机拉低时钟线 IIC_SDA_OUT=1;//切换成读模式—让输出电路从IO口断开************************* //从机根据自己接受的情况,给不给主机应答信号 Systick_Delay_us(2);//延时,让数据稳定在数据线上 IIC_SCL=1;//主机拉高时钟线 if(IIC_SDA_IN)//主机在时钟上升沿从总线上采集应答信号 { ack=1; } Systick_Delay_us(1);//延时,给时间主机机采集数据 IIC_SCL=0;//完整周期 return ack; }
主机发送一个字节数据给从机
u8 IIC_Send_Byte(u8 data) { u8 i; for(i=0;i<8;i++) { IIC_SCL=0;//主机拉低时钟线 //主机在总线上准备数据 if(data&0x80) IIC_SDA_OUT=1; else IIC_SDA_OUT=0; Systick_Delay_us(2);//延时,让数据稳定在数据线上 IIC_SCL=1;//主机拉高时钟线 //从机在时钟上升沿从总线上采集数据 Systick_Delay_us(1);//延时,给时间从机采集数据 data<<=1;//让次高位成为最高位 } return IIC_Revice_Ack( );}
主机读取从机的一个字节数据
u8 IIC_Revice_Byte(u8 ack){ u8 i; u8 data=0; for(i=0;i<8;i++) { IIC_SCL=0;//主机拉低时钟线 IIC_SDA_OUT=1;//切换成读模式—让输出电路从IO口中断开*************************** //从机在总线上准备数据 Systick_Delay_us(2);//延时,让数据稳定在数据线上 IIC_SCL=1;//主机拉高时钟线 data<<=1;//空出最低位来接受数据 //主机在时钟上升沿从总线上采集数据 if(IIC_SDA_IN) { data |=1; } Systick_Delay_us(1);//延时,给时间主机机采集数据 } IIC_Send_ACK(ack); return data;}
float Read_SHT20_Data(u8 cmd){ u8 ack; u16 data=0; float DATA; IIC_Start( );//起始信号 ack = IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR&0XFE);//发送器件地址+写方向 if(ack)//没有应答 { IIC_Stop( ); return -1; } ack = IIC_Send_Byte(cmd);//发送测量命令 if(ack)//没有应答,等待从机应答 { IIC_Stop( ); return -1; } do { Delay_ms(10);//给时间测量 IIC_Start( ); //开始信号,测量中 ack = IIC_Send_Byte(SHT20_ADDR | 0x01);//发送器件地址+读方向 }while(ack);//没有应答则继续询问,知道有应答,表明测量结束 data |= IIC_Revice_Byte(0) <<8;//高位结果 data |= IIC_Revice_Byte(1) ; //低位结果 IIC_Stop( ); //------数字信号转换成模拟信号 data &=0xFFFC;//清除两位状态位 if(cmdT_MEASURE) { DATA=-46.85+175.72*data/65536.0; } else if(cmdRH_MEASURE) { DATA=-6.0+125.0*data/65536.0; } return DATA;}
/没有应答则继续询问,知道有应答,表明测量结束 data |= IIC_Revice_Byte(0) <<8;//高位结果 data |= IIC_Revice_Byte(1) ; //低位结果 IIC_Stop( ); //------数字信号转换成模拟信号 data &=0xFFFC;//清除两位状态位 if(cmdT_MEASURE) { DATA=-46.85+175.72*data/65536.0; } else if(cmdRH_MEASURE) { DATA=-6.0+125.0*data/65536.0; } return DATA;}