STM32之模拟IIC总线控制SHT20温湿度芯片

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	UART	IIC	SPI
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、RX	SDA、SCL	MOSI、MISO、CS、SCK
速度	波特率很多	100Khz、400Khz、3.5Mhz	Mhz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

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