• 温湿度传感器——I²C总线

    本实验采用的是华清远见出品的STM32MP157开发板

    头文件以及宏定义

    1. #ifndef __IIC_H__
    2. #define __IIC_H__
    3. #include "stm32mp1xx_gpio.h"
    4. #include "stm32mp1xx_rcc.h"
    5. /* 通过程序模拟实现I2C总线的时序和协议
    6.  * GPIOF ---> AHB4
    7.  * I2C1_SCL ---> PF14
    8.  * I2C1_SDA ---> PF15
    9.  *
    10.  * */
    11.  
    12. #define SET_SDA_OUT     do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30)); \
    13. 							GPIOF->MODER |= (0x1 << 30);}while(0)
    14. #define SET_SDA_IN      do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30));}while(0)
    15.  
    16. #define I2C_SCL_H       do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 14);}while(0)
    17. #define I2C_SCL_L       do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 14);}while(0)
    18.  
    19. #define I2C_SDA_H       do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 15);}while(0)
    20. #define I2C_SDA_L       do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 15);}while(0)
    21.  
    22. #define I2C_SDA_READ    (GPIOF->IDR & (0x1 << 15))
    23.  
    24. void delay_us(void);
    25. void i2c_init(void);
    26. void i2c_start(void);
    27. void i2c_stop(void);
    28. void i2c_write_byte(unsigned char  dat);
    29. unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack);
    30. unsigned char i2c_wait_ack(void);       
    31. void i2c_ack(void);
    32. void i2c_nack(void);
    33.  
    34. #endif

    填充协议相关函数

    延时函数

    1. void delay_us(void)
    2. {
    3. 	unsigned int i = 2000;
    4. 	while(i--);
    5. }

    总线引脚初始化 

    1. /*
    2.  * 函数名 ： i2c_init
    3.  * 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，
    4.  * 函数参数：无
    5.  * 函数返回值：无
    6.  * */
    7. void i2c_init(void)
    8. {
    9.  	// 使能GPIOF端口的时钟
    10. 	RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0x1 << 5);
    11. 	// 设置PF14，PF15引脚为通用的输出功能
    12. 	GPIOF->MODER &= (~(0xF << 28));
    13. 	GPIOF->MODER |= (0x5 << 28);
    14. 	// 设置PF14, PF15引脚为推挽输出
    15. 	GPIOF->OTYPER &= (~(0x3 << 14));
    16. 	// 设置PF14, PF15引脚为高速输出
    17. 	GPIOF->OSPEEDR |= (0xF << 28);
    18. 	// 设置PF14, PF15引脚的禁止上拉和下拉
    19. 	GPIOF->PUPDR &= (~(0xF << 28));
    20. 	// 空闲状态SDA和SCL拉高 
    21. 	I2C_SCL_H;
    22. 	I2C_SDA_H;
    23. }

     起始信号函数：

    当起始信号发出时，先拉起时钟线（SCL）、数据线（SDA）到高位，延时一段时间。在时钟线处于高位时，将数据线置于低位，即：SDA置低位后延时单位时间，再将SCL置低位。

    1. /*
    2.  * 函数名：i2c_start
    3.  * 函数功能：模拟i2c开始信号的时序
    4.  * 函数参数：无
    5.  * 函数返回值：无
    6.  * */
    7. void i2c_start(void)
    8. {
    9. 	/*
    10. 	 * 开始信号：时钟在高电平期间，数据线从高到低的变化
    11. 	 *     --------
    12. 	 * SCL         \
    13. 	 *              --------
    14. 	 *     ----
    15. 	 * SDA     \
    16. 	 *          --------
    17. 	 * */	
    18. 	//1.设置数据线为输出模式
    19. 	SET_SDA_OUT;
    20. 	//2.时钟线拉高
    21. 	I2C_SCL_H;
    22. 	//3.数据线拉高
    23. 	I2C_SDA_H;
    24. 	//4.延时函数
    25. 	delay_us();
    26. 	//5.数据线拉低
    27. 	I2C_SDA_L;
    28. 	delay_us();
    29. 	I2C_SCL_L; //保持总线处于占用状态
    30. }

     停止信号函数：

    将时钟线（SCL）置低位。延时单位时间后，将本处于高位的数据线（SDA）置低位，再延时单位时间。在SDA还处于低位时，将SCL置高位，延时单位时间后，再将SDA置高位

    1. /*
    2.  * 函数名：i2c_stop
    3.  * 函数功能：模拟i2c停止信号的时序
    4.  * 函数参数：无
    5.  * 函数返回值：无
    6.  * */
    7.  
    8. void i2c_stop(void)
    9. {
    10. 	/*
    11. 	 * 停止信号 ： 时钟在高电平期间，数据线从低到高的变化 
    12. 	 *             ----------
    13. 	 * SCL        /
    14. 	 *    --------
    15. 	 *    ---         -------
    16. 	 * SDA   X       /
    17. 	 *    --- -------
    18. 	 * */
    19. 	SET_SDA_OUT; //确保SDA为输出模式
    20. 	I2C_SCL_L;
    21. 	delay_us();
    22. 	I2C_SDA_L; //数据线拉低
    23. 	delay_us();
    24.  
    25. 	I2C_SCL_H;
    26. 	delay_us();
    27. 	I2C_SDA_H;
    28. 	delay_us();
    29. }

    写入8-bit数据函数：

     首先设置数据线为输出模式，用for循环，保证循环8次，一次一位数据。每次循环内：拉低时钟线（SCL），延时单位时间后，写入数据，从高位开始写。让需要写入的数据dat &上 0x1000 0000（0x80）即可取出最高位的数据。写完后，延时一个单位时间，拉高时钟线，再延时两个单位时间，dat左移1位，使原本的次高位变为高位。循环八次后，即把一个字节的数传输

    1. /*
    2.  * 函数名： i2c_write_byte
    3.  * 函数功能：主机向i2c总线上的从设备写8bits数据
    4.  * 函数参数：dat : 等待发送的字节数据
    5.  * 函数返回值： 无
    6.  * */
    7.  
    8. void i2c_write_byte(unsigned char dat)
    9. {
    10. 	/*
    11. 	 * 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
    12. 	 * 			时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据 
    13. 	 *      ----          --------
    14. 	 * 	SCL     \        /        \
    15. 	 *           --------          --------
    16. 	 *      -------- ------------------ ---
    17. 	 * 	SDA         X                  X
    18. 	 *      -------- ------------------ ---
    19. 	 *
    20. 	 *      先发送高位在发送低位 
    21. 	 * */
    22. 	unsigned int i;
    23. 	SET_SDA_OUT;  //设置数据线为输出模式
    24. 	for(i=0;i<8;i++)
    25. 	{
    26. 		I2C_SCL_L; //时钟线拉低，可以向数据线上写数据
    27. 		delay_us();
    28. 		if(dat & 0x80) //写高位
    29. 		{
    30. 			I2C_SDA_H; //向数据线上写高电平
    31. 		}
    32. 		else
    33. 		{
    34. 			I2C_SDA_L; //向数据线上写低电平
    35. 		}
    36. 		delay_us();
    37. 		I2C_SCL_H;  //时钟线拉高
    38. 		delay_us();
    39. 		delay_us();
    40. 		dat <<= 1; //移位
    41. 	}
    42. }

     读取函数，一次读取8bit（一字节）

    写一个for循环，循环8次。首先，让时钟线（SCL）下拉，两个单位时间（与写入数据对称，保证数据完整性）后，拉起，此时，已经读取了一位数据，延时单位时间后，接取数据的变量dat左移一位，若寄存器内数据为1，则 | 上1，为0则 | 上0，保证数据不变存入dat（dat的数据相当于从高位开始存入，与写函数的高位读出对应），循环结束后，判断ack包，判断是否全部数据介绍完毕（毕竟发送的不一定只有一个字节）

    1. /*
    2.  * 函数名：i2c_read_byte
    3.  * 函数功能： 主机从i2c总线上的从设备读8bits数据, 
    4.  *          主机发送一个应答或者非应答信号
    5.  * 函数参数： 0 ： 应答信号   1 ： 非应答信号
    6.  * 函数返回值：读到的有效数据
    7.  *
    8.  * */
    9. unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack)
    10. {
    11. 	/*
    12. 	 * 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
    13. 	 * 			时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据 
    14. 	 *      ----          --------
    15. 	 * 	SCL     \        /        \
    16. 	 *           --------          --------
    17. 	 *      -------- ------------------ ---
    18. 	 * 	SDA         X                  X
    19. 	 *      -------- ------------------ ---
    20. 	 *
    21. 	 *      先接收高位， 在接收低位 
    22. 	 * */
    23. 	unsigned int i;
    24. 	unsigned char dat; //返回读到的数据
    25. 	SET_SDA_IN; //确保总线输入模式
    26. 	for(i=0;i<8;i++)
    27. 	{
    28. 		I2C_SCL_L; //时钟线拉低
    29. 		delay_us();
    30. 		delay_us();//保证数据写完整
    31.  
    32. 		I2C_SCL_H; //时钟线拉高
    33. 		delay_us();
    34. 		dat <<= 1;
    35. 		if(I2C_SDA_READ) //读取数据
    36. 		{
    37. 			dat |= 1;
    38. 		}
    39. 		else
    40. 		{
    41. 			dat |= 0;
    42. 		}
    43. 		delay_us();
    44. 	}
    45. 	if(!ack)
    46. 		i2c_ack(); 
    47. 	else
    48. 		i2c_nack();
    49. 	return dat;
    50. }

     主机作为发射器时，等待返回的应答信号函数

    用以判断是否为应答信号

    1. /*
    2.  * 函数名： i2c_wait_ack
    3.  * 函数功能： 主机作为发送器时，等待接收器返回的应答信号
    4.  * 函数参数：无
    5.  * 函数返回值：
    6.  *					0：接收到的应答信号
    7.  *                  1：接收到的非应答信号
    8.  * */
    9. unsigned char i2c_wait_ack(void)
    10. { 
    11. 	/*
    12. 	 * 主机发送一个字节之后，从机给主机返回一个应答信号
    13. 	 *
    14. 	 *                   -----------
    15. 	 * SCL              /   M:读    \
    16. 	 *     -------------             --------
    17. 	 *     --- ---- --------------------
    18. 	 * SDA    X    X
    19. 	 *     ---      --------------------
    20. 	 *     主  释   从机    主机
    21. 	 *     机  放   向数据  读数据线
    22. 	 *         总   线写    上的数据
    23. 	 *         线   数据
    24. 	 * */	
    25. 	I2C_SCL_L;
    26. 	I2C_SDA_H; //释放总线
    27. 	delay_us();
    28. 	SET_SDA_IN; //变换总线方向
    29.  
    30. 	I2C_SCL_H;
    31. 	delay_us();
    32. 	if(I2C_SDA_READ)
    33. 		return 1; //非应答信号
    34. 	I2C_SCL_L;
    35. 	return 0; //应答信号
    36. }

    主机作为接收器时，给发射器发送应答信号 ，手搓ACK包代表的信息

    1. /*
    2.  * 函数名： iic_ack
    3.  * 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送应答信号
    4.  * 函数参数：无
    5.  * 函数返回值：无
    6.  * */
    7. void i2c_ack(void)
    8. {
    9. 	/*            --------
    10. 	 * SCL       /        \
    11. 	 *    -------          ------
    12. 	 *    ---
    13. 	 * SDA   X 
    14. 	 *    --- -------------
    15. 	 * */
    16. 	SET_SDA_OUT; //确保总线输出模式
    17. 	I2C_SCL_L; //时钟线拉低
    18. 	delay_us();
    19. 	I2C_SDA_L; //数据线拉低 应答信号
    20. 	delay_us();
    21. 	I2C_SCL_H; //时钟线拉高 读取数据
    22. 	delay_us();
    23. 	delay_us();
    24. 	I2C_SCL_L; //时钟线拉低，总线处于占用状态
    25. }

     手搓NACK包

    1. /*
    2.  * 函数名： iic_nack
    3.  * 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送非应答信号
    4.  * 函数参数：无
    5.  * 函数返回值：无
    6.  * */
    7. void i2c_nack(void)
    8. {
    9. 	/*            --------
    10. 	 * SCL       /        \
    11. 	 *    -------          ------
    12. 	 *    --- ---------------
    13. 	 * SDA   X 
    14. 	 *    --- 
    15. 	 * */		
    16. 	SET_SDA_OUT; //确保总线输出模式
    17. 	I2C_SCL_L; //时钟线拉低
    18. 	delay_us();
    19. 	I2C_SDA_H; //数据线拉高 非应答信号
    20. 	delay_us();
    21. 	I2C_SCL_H; //时钟线拉高 读取数据
    22. 	delay_us();
    23. 	delay_us();
    24. 	I2C_SCL_L; //时钟线拉低，总线处于占用状态
    25. }

     以上为协议需要的函数，本实验要做但是从温度湿度传感器中读取信息，即，从机发送信号给主机（主机读取从机发送的信号）。因为消息为16-bit（2byte），故需要拆成两部分传输（高八位与第八位）

    协议为：

     

     代码：

    芯片初始化

    1. void si7006_init(void)
    2. {
    3. 	i2c_init();
    4. 	i2c_start();
    5. 	i2c_write_byte(SI7006_SLAVE << 1);
    6. 	i2c_wait_ack();
    7. 	i2c_write_byte(0xE6);
    8. 	i2c_wait_ack();
    9. 	i2c_write_byte(0x3A);
    10. 	i2c_wait_ack();
    11. 	i2c_stop();
    12.  
    13. }

    然后是协议代码，与协议一一对应，（每句都注释了）。

    1. /*
    2.  * 函数名：si7006_read_data
    3.  * 函数功能：读取SI7006的转换结果
    4.  * 函数参数：
    5.  *     slave_addr ： 从机地址
    6.  *     reg_addr ： 寄存器地址
    7.  * 函数返回值：无
    8. */
    9. short si7006_read_data(unsigned char slave_addr, 
    10. 		unsigned char reg_addr)
    11. {
    12. 	short dat;  //短整型，两个字节（16-bit）
    13. 	unsigned char dat_h, dat_l;  //无符号字符型，一字节（8-bit）
    14. 	i2c_start();   	 //起始信号
    15. 	i2c_write_byte(slave_addr << 1); //发送从机7位地址
    16. 	i2c_wait_ack();  //等待接收器返回的应答信号ack
    17. 	i2c_write_byte(reg_addr); //发送消息
    18. 	i2c_wait_ack();  //等待接收器返回的应答信号ack
    19. 	i2c_start(); 	 //起始信号
    20. 	i2c_write_byte((slave_addr << 1) | 1); //发送主机7位地址
    21. 	i2c_wait_ack();  //等待接收器返回的应答信号ack
    22. 	delay_ms(10);    // 等待转换结束
    23. 	dat_h = i2c_read_byte(0); //读取数据，函数内自带读取的协议部分
    24. 	dat_l = i2c_read_byte(1); //读取数据，函数内自带读取的协议部分
    25. 	i2c_stop();  	//停止信号
    26. 	dat = dat_h;    //把俩8位数据存入dat，高八位、第八位
    27. 	dat <<= 8;
    28. 	dat |= dat_l;
    29.  
    30. 	return dat;
    31. }

    至此，功能函数全部完成，只需在主函数内调用读取

    根据Si7006-A20芯片手册可知，湿度的命令码为：0xE5，温度为：0xE3。

    数据转换公式为：湿度：%RH = 125*RH_Code / 65536 - 6

                                温度：Temperature(℃) = 175.72*Temp_Code / 65536 - 46.85

    因为本实验为裸机开发，并不支持浮点型运算，所以我手动把小数点后的数据抹掉，算一个大概的值。

    1. extern void printf(const char *fmt, ...);
    2.  
    3. void delay_ms(int ms) //延时函数
    4.  
    5. {
    6.  
    7. 	int i,j;
    8.  
    9. 	for(i = 0; i < ms;i++)
    10.  
    11. 		for (j = 0; j < 1800; j++);
    12.  
    13. }
    14.  
    15. int main()
    16.  
    17. {
    18.  
    19. 	unsigned short hum;
    20.  
    21. 	unsigned short temp;
    22.  
    23. 	si7006_init();
    24.  
    25. 	while(1)   //丢入死循环，不停读取
    26.  
    27. 	{
    28.  
    29. 		hum = si7006_read_data(SI7006_SLAVE,0xE5);
    30.  
    31. 		temp = si7006_read_data(SI7006_SLAVE,0xE3);
    32.  
    33. 		printf("hum = %d\n",125*hum/65536-6);
    34.  
    35. 		printf("temp = %d\n",175*temp/65536-46);
    36.  
    37. 		delay_ms(2000);   //为了防止显示太快，加2秒延时
    38.  
    39. 		
    40.  
    41. 	}
    42.  
    43. 	return 0;
    44.  
    45. }

    连接串口工具，即可在串口工具页面显示温、湿度。

     

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