• ARM_day8：温湿度数据采集应用

    1、IIC通信过程

    主机发送起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位传送方向(0W，1R))、从机应答、发数据、应答、数据传输完，主机发送停止信号

    2、起始信号和终止信号

    SCL时钟线，SDA数据线

    SCL高电平，SDA由高到低——起始信号

    SCL高电平，SDA由低到高——终止信号

    均由主机发出

    3、应答信号和非应答信号

    8位数据+1位应答位——一帧9位

    8位数据传输完，第九个时钟周期，数据线(SDA)低电平，接收方还想接收数据，回复应答信号

                                                           数据线(SDA)高电平，接收方不想接收数据，回复非应信号

    4、数据传输时机

    时钟信号(SCL)高电平，数据线(SDA)稳定时，读取

    时钟信号(SCL)低电平，数据线(SDA)高电平或低电平，写入

    5、IIC从机选择及读写选择

    传输信号包括地址信号、数据信号

    起始信号后必须跟一个8位数据(7位从机地址+1位传送方向位(R/W))(0——W、1——R)

    6、IIC读写时序

    主机向从机发送：

    主机发送起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位写标志)、从机应答、主机发送8位从机寄存器地址、从机应答、主机发送8位数据、从机应答、主机发起终止信号

    主机读取从机数据：

    主机发送起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位写标志)、从机应答、主机发起重复起始信号、主机发送8位(7位从机地址+1位读标志)、从机应答、从机发送8位数据、主机非应答信号、主机发起终止信号

    实验：I2C读取温湿度传感器数据

    1、SCL时钟线——PF14，SDA数据线——PF15        引脚连接

            I2C总线引脚初始化：(PF14、PF15共同初始化)使能GPIOF外设时钟、设输出功能、推挽输出、输出速度、上拉下拉、空闲状态下的SCL和SDA状态(拉高)——起始信号要求SCL高，SDA从高到低

    2、模拟I2C开始信号时序

            SDA数据线保持输出状态  PF15输出；(PF15管脚设为输出)

            空闲状态SCL、SDA拉高(起始信号要求SCL高，SDA从高到低);(选用ODR(设置)、BSRR(复位)、BRR(清空)使输出高低电平)

            延迟一段时间，保持稳定后，拉低SDA数据线完成起始信号；

            延迟一段时间，拉低SCL时钟线，才能进行写入数据；

    3、主机向从机写数据(高位到低位)

            SDA数据线保持输出状态  PF15输出；(PF15管脚设为输出)

            时钟线拉低，才能写数据；

            循环发送数据8位(0-7)，延迟时间，保持时钟线稳定，开始发送数据;(要发送的数据 dat & 0x80(10000000)，判断其真假，真则拉高数据线为高电平1，否则拉低数据线为低电平0)

            每次发送一位数据，延时后拉高时钟线(SCL)，接收器才能读数据；

            延时等待接收器接收数据，再延时后将数据左移一位再&0x80进行循环

    4、计算温湿度

            湿度：hem=125*测量值/65536-6

            温度：tem=175.72*测量值/65536-46.85

    程序代码：

    main.c:

    1. #include "si7006.h"
    2. extern void printf(const char* fmt, ...);
    3. int main()
    4. {
    5.     //si7006初始化
    6.     si7006_init();
    7.     unsigned short hum;
    8.     short tem;
    9.     while(1)
    10.     {
    11.         //读取温湿度
    12.         hum=si70006_read_hum();
    13.         tem=si70006_read_tem();
    14.         //计算温湿度数据
    15.         hum=hum*125/65536-6;
    16.         tem=tem*175.72/65536-46.85;
    17.         printf("hum:%d\n",hum);
    18.         printf("tem:%d\n",tem);
    19.         delay_ms(1000);
    20.         //湿度大于65开启马达
    21.         if(hum>65)
    22.         {
    23.             GPIOF->ODR |= (0x1<<6);
    24.         }
    25.         else if(hum<=60)  //湿度小于60关闭马达
    26.         {
    27.            GPIOF->ODR &= (~(0x1<<6)); 
    28.         }
    29.          //温度大于25开启风扇
    30.         if(tem>=25)
    31.         {
    32.             GPIOE->ODR |= (0x1<<9);
    33.         }
    34.         else if(tem<25)  //湿度小于25关闭风扇
    35.         {
    36.             GPIOE->ODR &= (~(0x1<<9)); 
    37.         }
    38.     }
    39.     return 0;
    40. }

    si7006.h:

    1. #ifndef __SI7006_H__
    2. #define __SI7006_H__
    3. #include "iic.h"
    4. void delay_ms(int ms);
    5. void si7006_init();
    6. unsigned short si70006_read_hum();
    7. short si70006_read_tem();
    8. #endif

    si7006.c:

    1. #include "si7006.h"
    2. extern void printf(const char* fmt, ...);
    3. void delay_ms(int ms)
    4. {
    5.     int i,j;
    6.     for(i=0;i
    7.     {
    8.         for(j=0;j<2000;j++)
    9.         {
    10.  
    11.         }
    12.     }
    13. }
    14. void si7006_init()
    15. {
    16.     //发起起始信号
    17.     i2c_init();//I2C总线引脚初始化
    18.     i2c_start();//模拟i2c开始信号的时序
    19.     //发送7bit从机地址和写标志位 0x80
    20.     i2c_write_byte(0x40<<1|0);//主机向从机写8bit数据
    21.     //等待从机应答
    22.     i2c_wait_ack();//等待接收器应答
    23.     //发送寄存器地址 0XE6
    24.     i2c_write_byte(0xE6);
    25.     //等待从机应答
    26.     i2c_wait_ack();//等待接收器应答
    27.     //向从机发送数据 0x3A
    28.     i2c_write_byte(0x3A);
    29.     //等待从机应答
    30.     i2c_wait_ack();
    31.     //发送终止信号
    32.     i2c_stop();
    33. }
    34. unsigned short si70006_read_hum()//湿度读取
    35. {
    36.     unsigned char hum_l,hum_h;
    37.     unsigned short hum;
    38.     //主机发送起始信号
    39.     i2c_init();
    40.     i2c_start();
    41.     //主机发送7bit从机地址+1bit写标志
    42.     i2c_write_byte(0x40<<1|0);
    43.     //等待从机应答
    44.     i2c_wait_ack();
    45.     //主机发送8bit寄存器地址
    46.     i2c_write_byte(0xE5);
    47.     //等待从机应答
    48.     i2c_wait_ack();
    49.     //主机发起重复起始信号
    50.     i2c_start();
    51.     //主机发送7bit从机地址+1bit 读 0x81
    52.     i2c_write_byte(0x40<<1|1);
    53.     //等待从机应答
    54.     i2c_wait_ack();
    55.     //延时等待从机测量数据
    56.     delay_ms(100);
    57.     //读取湿度的高8bit数据 hum_h
    58.     //发送应答信号
    59.     hum_h=i2c_read_byte(0);
    60.     //读取湿度的低8位数据 hum_l
    61.     //发送非应答信号
    62.     hum_l=i2c_read_byte(1);
    63.     //发送终止信号
    64.     //将读取到的数据的低8位和高8位合成一个完整数据
    65.     hum=hum_h<<8 | hum_l;
    66.     return hum;
    67. }
    68. short si70006_read_tem()//温度读取
    69. {
    70.     unsigned char tem_l,tem_h;
    71.     unsigned short tem;
    72.     //主机发送起始信号
    73.     i2c_init();
    74.     i2c_start();
    75.     //主机发送7bit从机地址+1bit写标志
    76.     i2c_write_byte(0x40<<1|0);
    77.     //等待从机应答
    78.     i2c_wait_ack();
    79.     //主机发送8bit寄存器地址
    80.     i2c_write_byte(0xE3);
    81.     //等待从机应答
    82.     i2c_wait_ack();
    83.     //主机发起重复起始信号
    84.     i2c_start();
    85.     //主机发送7bit从机地址+1bit 读 0x81
    86.     i2c_write_byte(0x40<<1|1);
    87.     //等待从机应答
    88.     i2c_wait_ack();
    89.     //延时等待从机测量数据
    90.     delay_ms(100);
    91.     //读取温度的高8bit数据 tem_h
    92.     //发送应答信号
    93.     tem_h=i2c_read_byte(0);
    94.     //读取温度的低8位数据 tem_l
    95.     //发送非应答信号
    96.     tem_l=i2c_read_byte(1);
    97.     //发送终止信号
    98.     //将读取到的数据的低8位和高8位合成一个完整数据
    99.     tem=tem_h<<8 | tem_l;
    100.     return tem;
    101. }

    iic.h:

    1. #ifndef __IIC_H__
    2. #define __IIC_H__
    3. #include "stm32mp1xx_gpio.h"
    4. #include "stm32mp1xx_rcc.h"
    5.  
    6. /* 通过程序模拟实现I2C总线的时序和协议
    7.  * GPIOF ---> AHB4
    8.  * I2C1_SCL ---> PF14
    9.  * I2C1_SDA ---> PF15
    10.  *
    11.  * */
    12.  
    13. #define SET_SDA_OUT     do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30)); \
    14.                             GPIOF->MODER |= (0x1 << 30);}while(0)
    15.  
    16. #define SET_SDA_IN      do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30));}while(0)
    17.  
    18. #define I2C_SCL_H       do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 14);}while(0)
    19. #define I2C_SCL_L       do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 14);}while(0)
    20.  
    21. #define I2C_SDA_H       do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 15);}while(0)
    22. #define I2C_SDA_L       do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 15);}while(0)
    23.  
    24. #define I2C_SDA_READ    (GPIOF->IDR & (0x1 << 15))
    25.  
    26. void delay_us(void);//微秒延时
    27. void delay(int ms);
    28. void i2c_init(void);//初始化
    29. void i2c_start(void);//起始信号
    30. void i2c_stop(void);//终止信号
    31. void i2c_write_byte(unsigned char  dat);//写一个字节数据
    32. unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack);//读取一个字节数据
    33. unsigned char i2c_wait_ack(void);       //等待应答信号
    34. void i2c_ack(void);//发送应答信号
    35. void i2c_nack(void);//发送非应答信号
    36.  
    37. #endif

    iic.c:

    1. #include "iic.h"
    2.  
    3. extern void printf(const char* fmt, ...);
    4. /*
    5.  * 函数名 ： delay_us
    6.  * 函数功能：延时函数
    7.  * 函数参数：无
    8.  * 函数返回值：无
    9.  * */
    10. void delay_us(void)  //微秒级延时
    11. {
    12.     unsigned int i = 2000;
    13.     while(i--);
    14. }
    15. /*
    16.  * 函数名 ： i2c_init
    17.  * 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，
    18.  * 函数参数：无
    19.  * 函数返回值：无
    20.  * */
    21. void i2c_init(void)
    22. {
    23.     // 使能GPIOF端口的时钟
    24.     RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0x1 << 5);
    25.  
    26.     //使能风扇的时钟
    27.     RCC->MP_APB2ENSETR |= 0x1;
    28.     //使能马达的时钟
    29.     RCC->MP_APB2ENSETR |= (0x1<<3);
    30.  
    31.     // 设置PF14，PF15引脚为通用的输出功能
    32.     GPIOF->MODER &= (~(0xF << 28));
    33.     GPIOF->MODER |= (0x5 << 28);
    34.     //设置PE9为输出
    35.     GPIOE->MODER &= (~(0x3<<18));
    36.     GPIOE->MODER |= (0x1<<18);
    37.      //设置PF6为输出
    38.     GPIOF->MODER &= (~(0x3<<12));
    39.     GPIOF->MODER |= (0x1<<12);
    40.  
    41.     // 设置PF14, PF15引脚为推挽输出
    42.     GPIOF->OTYPER &= (~(0x3 << 14));
    43.     //设置PE9为推挽输出
    44.     GPIOE->OTYPER &= (~(0x1<<9));
    45.     //设置PF6为推挽输出
    46.     GPIOF->OTYPER &= (~(0x1<<6));
    47.  
    48.     // 设置PF14, PF15引脚为高速输出
    49.     GPIOF->OSPEEDR |= (0xF << 28);
    50.     //设置PE9为低速输出
    51.     GPIOE->OSPEEDR &= (~(0x3<<18));
    52.      //设置PF6为低速输出
    53.     GPIOF->OSPEEDR &= (~(0x3<<12));
    54.  
    55.     // 设置PF14, PF15引脚的禁止上拉和下拉
    56.     GPIOF->PUPDR &= (~(0xF << 28));
    57.     //设置PE9没有上拉下拉电阻
    58.     GPIOE->PUPDR &= (~(0x3<<18));
    59.      //设置PF6没有上拉下拉电阻
    60.     GPIOF->PUPDR &= (~(0x3<<12));
    61.  
    62.     // 空闲状态SDA和SCL拉高 
    63.     I2C_SCL_H;
    64.     I2C_SDA_H;
    65. }
    66.  
    67.  
    68.  
    69. /*
    70.  * 函数名：i2c_start
    71.  * 函数功能：模拟i2c开始信号的时序
    72.  * 函数参数：无
    73.  * 函数返回值：无
    74.  * */
    75. void i2c_start(void)
    76. {
    77.     /*
    78.      * 开始信号：时钟在高电平期间，数据线从高到低的变化
    79.      *     --------
    80.      * SCL         \
    81.      *              --------
    82.      *     ----
    83.      * SDA     \
    84.      *          --------
    85.      * */   
    86.     //确保SDA是输出状态 PF15输出
    87.     SET_SDA_OUT;
    88.     // 空闲状态SDA和SCL拉高 
    89.     I2C_SCL_H;
    90.     I2C_SDA_H;
    91.     delay_us();//延时等待一段时间
    92.     I2C_SDA_L;//数据线拉低
    93.     delay_us();//延时等待一段时间
    94.     I2C_SCL_L;//时钟线拉低，让总线处于占用状态
    95. }
    96.  
    97. /*
    98.  * 函数名：i2c_stop
    99.  * 函数功能：模拟i2c停止信号的时序
    100.  * 函数参数：无
    101.  * 函数返回值：无
    102.  * */
    103.  
    104. void i2c_stop(void)
    105. {
    106.     /*
    107.      * 停止信号 ： 时钟在高电平期间，数据线从低到高的变化 
    108.      *             ----------
    109.      * SCL        /
    110.      *    --------
    111.      *    ---         -------
    112.      * SDA   X       /
    113.      *    --- -------
    114.      * */
    115.     //确保SDA是输出状态 PF15输出
    116.     SET_SDA_OUT;
    117.     //时钟线拉低
    118.     I2C_SCL_L;//为了修改数据线的电平
    119.     delay_us();//延时等待一段时间
    120.     I2C_SDA_L;//数据线拉低
    121.     delay_us();//延时等待一段时间
    122.     //时钟线拉高
    123.     I2C_SCL_H;
    124.     delay_us();//延时等待一段时间
    125.     I2C_SDA_H;//数据线拉高
    126.  
    127. }
    128.  
    129. /*
    130.  * 函数名： i2c_write_byte
    131.  * 函数功能：主机向i2c总线上的从设备写8bits数据
    132.  * 函数参数：dat : 等待发送的字节数据
    133.  * 函数返回值： 无
    134.  * */
    135.  
    136. void i2c_write_byte(unsigned char dat)
    137. {  
    138.     /*
    139.      * 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
    140.      *          时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据 
    141.      *      ----          --------
    142.      *  SCL     \        /        \
    143.      *           --------          --------
    144.      *      -------- ------------------ ---
    145.      *  SDA         X                  X
    146.      *      -------- ------------------ ---
    147.      *
    148.      *      先发送高位在发送低位 
    149.      * */
    150.     //确保SDA是输出状态 PF15输出
    151.     SET_SDA_OUT;
    152.     unsigned int i;
    153.     for(i=0;i<8;i++)
    154.     {
    155.         //时钟线拉低
    156.          I2C_SCL_L;
    157.          delay_us();//延时
    158.          //0X3A->0011 1010   0X80->10000000
    159.          if(dat&0X80)//最高位为1
    160.          {
    161.             //发送1
    162.             I2C_SDA_H;
    163.          }
    164.          else  //最高位为0
    165.          {
    166.             I2C_SDA_L;//发送0
    167.          }
    168.          delay_us();//延时
    169.          //时钟线拉高，接收器接收
    170.          I2C_SCL_H;
    171.         delay_us();//延时,用于等待接收器接收数据
    172.         delay_us();//延时
    173.         //将数据左移一位，让原来第6位变为第7位
    174.         dat = dat<<1;
    175.  
    176.     }
    177.     
    178.  
    179. }
    180.  
    181. /*
    182.  * 函数名：i2c_read_byte
    183.  * 函数功能： 主机从i2c总线上的从设备读8bits数据, 
    184.  *          主机发送一个应答或者非应答信号
    185.  * 函数参数： 0 ： 应答信号   1 ： 非应答信号
    186.  * 函数返回值：读到的有效数据
    187.  *
    188.  * */
    189. unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack)
    190. {
    191.     /*
    192.      * 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
    193.      *          时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据 
    194.      *      ----          --------
    195.      *  SCL     \        /        \
    196.      *           --------          --------
    197.      *      -------- ------------------ ---
    198.      *  SDA         X                  X
    199.      *      -------- ------------------ ---
    200.      *
    201.      *      先接收高位， 在接收低位 
    202.      * */
    203.     unsigned int i;
    204.     unsigned char dat;//保存接受的数据
    205.     //将数据线设置为输入
    206.     SET_SDA_IN;
    207.     for(i=0;i<8;i++)
    208.     {
    209.         //先把时钟线拉低，等一段时间，保证发送器发送完毕数据
    210.         I2C_SCL_L;
    211.         delay_us();
    212.         delay_us();//保证发送器发送完数据
    213.         //时钟线拉高，读取数据
    214.         I2C_SCL_H;
    215.         delay_us();
    216.         dat=dat<<1;//数值左移 一定要先左移在赋值，不然数据会溢出
    217.         if(I2C_SDA_READ)//pf15管脚得到了一个高电平输入
    218.         {
    219.             dat |=1; //0000 0110
    220.         }
    221.         else
    222.         {
    223.             dat &=(~0X1);
    224.         }
    225.          delay_us();
    226.     }
    227.         if(ack)
    228.         {
    229.             i2c_nack();//发送非应答信号，不再接收下一次数据
    230.         }
    231.         else
    232.         {
    233.            i2c_ack();//发送应答信号 
    234.         }
    235.     return dat;//将读取到的数据返回
    236. }
    237. /*
    238.  * 函数名： i2c_wait_ack
    239.  * 函数功能： 主机作为发送器时，等待接收器返回的应答信号
    240.  * 函数参数：无
    241.  * 函数返回值：
    242.  *                  0：接收到的应答信号
    243.  *                  1：接收到的非应答信号
    244.  * */
    245. unsigned char i2c_wait_ack(void)
    246. {
    247.     /*
    248.      * 主机发送一个字节之后，从机给主机返回一个应答信号
    249.      *
    250.      *                   -----------
    251.      * SCL              /   M:读    \
    252.      *     -------------             --------
    253.      *     --- ---- --------------------
    254.      * SDA    X    X
    255.      *     ---      --------------------
    256.      *     主  释   从机    主机
    257.      *     机  放   向数据  读数据线
    258.      *         总   线写    上的数据
    259.      *         线   数据
    260.      * */   
    261.     //时钟线拉低，接收器可以发送信号
    262.     I2C_SCL_L;
    263.     I2C_SDA_H;//先把数据线拉高，当接收器回应应答信号时，数据线会拉低
    264.     delay_us();
    265.     SET_SDA_IN;//设置数据线为输入
    266.     delay_us();//等待从机响应
    267.     delay_us();
    268.     I2C_SCL_H;//用于读取数据线数据
    269.     if(I2C_SDA_READ)//PF15得到一个高电平输入，收到非应答信号
    270.         return 1;
    271.     I2C_SCL_L;//时钟线拉低，让数据线处于占用状态
    272.     return 0;
    273.     
    274. } 
    275. /*
    276.  * 函数名： iic_ack
    277.  * 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送应答信号
    278.  * 函数参数：无
    279.  * 函数返回值：无
    280.  * */
    281. void i2c_ack(void)
    282. {
    283.     /*            --------
    284.      * SCL       /        \
    285.      *    -------          ------
    286.      *    ---
    287.      * SDA   X 
    288.      *    --- -------------
    289.      * */
    290.     //保证数据线是输出
    291.     SET_SDA_OUT;
    292.     I2C_SCL_L;//拉低时钟线
    293.     delay_us();
    294.     I2C_SDA_L;//数据线拉低，表示应答信号
    295.     delay_us();
    296.     I2C_SCL_H;//时钟线拉高，等待发送器读取应答信号
    297.     delay_us();//让从机读取我们当前的回应
    298.     delay_us();
    299.     I2C_SCL_L;//数据线处于占用状态，发送器发送下一次数据
    300.  
    301. }
    302. /*
    303.  * 函数名： iic_nack
    304.  * 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送非应答信号
    305.  * 函数参数：无
    306.  * 函数返回值：无
    307.  * */
    308. void i2c_nack(void)
    309. {
    310.     /*            --------
    311.      * SCL       /        \
    312.      *    -------          ------
    313.      *    --- ---------------
    314.      * SDA   X 
    315.      *    --- 
    316.      * */   
    317.     //保证数据线是输出
    318.     SET_SDA_OUT;
    319.     I2C_SCL_L;//拉低时钟线
    320.     delay_us();
    321.     I2C_SDA_H;//数据线拉高，表示非应答信号
    322.     delay_us();
    323.     I2C_SCL_H;//时钟线拉高，等待发送器读取应答信号
    324.     delay_us();
    325.     delay_us();
    326.     I2C_SCL_L;//数据线处于占用状态，发送器发送下一次数据
    327. }

    运行结果：

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