目錄
- 一、I2C總線通信協定
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- 1.1 I2C介紹
- 1.2 I2C實體層
- 1.3、I2C協定層
- 1.4、軟體IIC和硬體IIC
- 1.5 IIC資料傳送
- 1.6 IIC發送資料
- 1.7 IIC讀資料：
- 二、STM32基于I2C協定的溫濕度傳感器的資料采集
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- 2.1 題目要求：
- 2.2 前期準備
- 2.3代碼撰寫
- 三、準備工作
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- 1. 溫濕度采集器引腳一覽表
- 2. 硬體線路連接配接
- 四、編譯成功燒錄後上位機顯示
- 總結
一、I2C總線通信協定
1.1 I2C介紹
IIC(Inter－Integrated Circuit)總線是一種由NXP（原PHILIPS）公司開發的兩線式串行總線，用于連接配接微控制器及其外圍裝置。多用于主要制器和從器件間的主從通信，在小資料量場合使用，傳輸距離短，任意時刻隻能有一個主機等特性。
在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，高速IIC總線一般可達400kbps 以上。
注意IIC是為了與低速裝置通信而發明的，是以IIC的傳輸速率比不上SPI
I²C最重要的功能包括：
隻需要兩條總線；
沒有嚴格的波特率要求，例如使用RS232，主裝置生成總線時鐘；
所有元件之間都存在簡單的主/從關系，連接配接到總線的每個裝置均可通過唯一位址進行軟體尋址；
I²C是真正的多主裝置總線，可提供仲裁和沖突檢測；
傳輸速度；
标準模式：Standard Mode = 100 Kbps
快速模式：Fast Mode = 400 Kbps
高速模式： High speed mode = 3.4 Mbps
超快速模式： Ultra fast mode = 5 Mbps
最大主裝置數：無限制；
最大從機數：理論上是127。
1.2 I2C實體層
I2C 總線在實體連接配接上非常簡單，分别由SDA(串行資料線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來産生I2C總線協定所需要的信号進行資料的傳遞。在總線空閑狀态時，SCL和SDA被上拉電阻Rp拉高，使SDA和SCL線都保持高電平。
I2C通信方式為半雙工，隻有一根SDA線，同一時間隻可以單向通信，485也為半雙工，SPI和uart通
信為全雙工。
原理圖:
主機和從機的概念：
主機就是負責整個系統的任務協調與配置設定，從機一般是通過接收主機的指令進而完成某些特定的任務，主機和從機之間通過總線連接配接，進行資料通訊。
釋出主要指令的稱為主機，接受指令的稱為從機
1.3、I2C協定層
原理圖:
I2C 總線在傳送資料過程中共有三種類型信号， 它們分别是：開始信号、結束信号和應答信号。
開始信号SCL 為高電平時，SDA 由高電平向低電平跳變，開始傳送資料。
結束信号SCL 為高電平時，SDA 由低電平向高電平跳變，結束傳送資料。
應答信号接收資料的 IC 在接收到 8bit 資料後，向發送資料的 IC 發出特定的低電平脈沖，表示已收到資料。CPU 向受控單元發出一個信号後，等待受控單元發出一個應答信号，CPU 接收到應答信号後，根據實際情況作出是否繼續傳遞信号的判斷。若未收到應答信号，由判斷為受控單元出現故障。
這些信号中，起始信号是必需的，結束信号和應答信号，都可以不要。
1.4、軟體IIC和硬體IIC
IIC分為軟體IIC和硬體IIC
軟體IIC 軟體IIC通信指的是用單片機的兩個I/O端口模拟出來的IIC，用軟體控制管腳狀态以模拟I2C通信波形，軟體模拟寄存器的工作方式。
直接使用 CPU 核心按照 I2C 協定的要求控制 GPIO 輸出高低電平，進而模拟I2C。
使用： 需要在控制産生 I2C 的起始信号時，控制作為SCL 線的 GPIO 引腳輸出高電平，然後控制作為 SDA 線的 GPIO 引腳在此期間完成由高電平至低電平的切換，最後再控制SCL線切換為低電平，這樣就輸出了一個标準的 I2C 起始信号。
硬體IIC：一塊硬體電路，硬體I2C對應晶片上的I2C外設，有相應I2C驅動電路，其所使用的I2C管腳也是專用的，硬體（固件）I2C是直接調用内部寄存器進行配置。
直接利用 STM32 晶片中的硬體 I2C 外設。
使用： 隻要配置好對應的寄存器，外設就會産生标準序列槽協定的時序。在初始化好 I2C 外設後，隻需要把某寄存器位置 1，此時外設就會控制對應的 SCL 及 SDA 線自動産生 I2C 起始信号，不需要核心直接控制引腳的電平。
硬體I2C的效率要遠高于軟體的，而軟體I2C由于不受管腳限制，接口比較靈活。
要學習更多關于I2C的介紹，可以參考以下兩篇部落格
[1] IIC原理超詳細講解—值得一看
[2] I2C協定靠這16張圖徹底搞懂（超詳細）
1.5 IIC資料傳送
資料傳送格式
SDA線上的資料在SCL時鐘“高”期間必須是穩定的，隻有當SCL線上的時鐘信号為低時，資料線上的“高”或“低”狀态才可以改變。輸出到SDA線上的每個位元組必須是8位，資料傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的位元組後面都必須跟随一位應答位（即一幀共有9位）。
當一個位元組按資料位從高位到低位的順序傳輸完後，緊接着從裝置将拉低SDA線，回傳給主裝置一個應答位ACK， 此時才認為一個位元組真正的被傳輸完成 ，如果一段時間内沒有收到從機的應答信号，則自動認為從機已正确接收到資料。
多數從裝置的位址為7位或者10位，一般都用七位。
八位裝置位址=7位從機位址+讀/寫位址，
再給位址添加一個方向位位用來表示接下來資料傳輸的方向，
0表示主裝置向從裝置(write)寫資料，
1表示主裝置向從裝置(read)讀資料
IIC的每一幀資料由9bit組成，
如果是發送資料，則包含 8bit資料+1bit ACK,
如果是裝置位址資料，則8bit包含7bit裝置位址 1bit方向
在起始信号後必須傳送一個從機的位址(7位) 1~7位為7位接收器件位址，第8位為讀寫位，用“0”表示主機發送資料(W)，“1”表示主機接收資料 （R）, 第9位為ACK應答位，緊接着的為第一個資料位元組，然後是一位應答位，後面繼續第2個資料位元組。
1.6 IIC發送資料
Start: IIC開始信号，表示開始傳輸。
DEVICE_ADDRESS:: 從裝置位址,就是7位從機位址
R/W： W(write)為寫，R(read)為讀
ACK： 應答信号
WORD_ADDRESS ： 從機中對應的寄存器位址 比方說通路 OLED中的 某個寄存器
DATA: 發送的資料
STOP: 停止信号。結束IIC
主機要向從機寫資料時：
主機首先産生START信号
然後緊跟着發送一個從機位址，這個位址共有7位，緊接着的第8位是資料方 向位(R/W)，0表示主機發送資料(寫)，1表示主機接收資料(讀)
主機發送位址時，總線上的每個從機都将這7位位址碼與自己的位址進行比較，若相同，則認為自己正在被主機尋址，根據R/T位将自己确定為發送器和接收器
這時候主機等待從機的應答信号(A)
當主機收到應答信号時，發送要通路從機的那個位址， 繼續等待從機的應答信号
當主機收到應答信号時，發送N個位元組的資料，繼續等待從機的N次應答信号，
主機産生停止信号，結束傳送過程。
1.7 IIC讀資料：
主機要從從機讀資料時
主機首先産生START信号
然後緊跟着發送一個從機位址，注意此時該位址的第8位為0，表明是向從機寫指令，
這時候主機等待從機的應答信号(ACK)
當主機收到應答信号時，發送要通路的位址，繼續等待從機的應答信号，
當主機收到應答信号後，主機要改變通信模式(主機将由發送變為接收，從機将由接收變為發送)是以主機重新發送一個開始start信号，然後緊跟着發送一個從機位址，注意此時該位址的第8位為1，表明将主機設 置成接收模式開始讀取資料，
這時候主機等待從機的應答信号，當主機收到應答信号時，就可以接收1個位元組的資料，當接收完成後，主機發送非應答信号，表示不在接收資料
主機進而産生停止信号，結束傳送過程。
二、STM32基于I2C協定的溫濕度傳感器的資料采集
2.1 題目要求：
每隔2秒鐘采集一次溫濕度資料，并通過序列槽發送到上位機。
2.2 前期準備
溫濕度傳感器AHT20
序列槽調試助手
2.3代碼撰寫
可以根據其他公司提供的示例代碼進行修改與代碼添加。（如正點原子或者野火）
相關的AHT20資料大家可以去官網進行檢視與下載下傳： http://www.aosong.com/class-36.html
AHT20晶片的使用過程read_AHT20_once函數：
void read_AHT20_once(void)
{
delay_ms(10);
reset_AHT20();//重置AHT20晶片
delay_ms(10);
init_AHT20();//初始化AHT20晶片
delay_ms(10);
startMeasure_AHT20();//開始測試AHT20晶片
delay_ms(80);
read_AHT20();//讀取AHT20采集的到的資料
delay_ms(5);
}
AHT20晶片讀取資料 read_AHT20函數：
void read_AHT20(void)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<6; i++)
{
readByte[i]=0;
}
I2C_Start();//I2C啟動
I2C_WriteByte(0x71);//I2C寫資料
ack_status = Receive_ACK();//收到的應答資訊
readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C讀取資料
Send_ACK();//發送應答資訊
readByte[1]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[2]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[3]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[4]= I2C_ReadByte();
Send_ACK();
readByte[5]= I2C_ReadByte();
SendNot_Ack();
//Send_ACK();
I2C_Stop();//I2C停止函數
//判斷讀取到的第一個位元組是不是0x08，0x08是該晶片讀取流程中規定的，如果讀取過程沒有問題，就對讀到的資料進行相應的處理
if( (readByte[0] & 0x68) == 0x08 )
{
H1 = readByte[1];
H1 = (H1<<8) | readByte[2];
H1 = (H1<<8) | readByte[3];
H1 = H1>>4;
H1 = (H1*1000)/1024/1024;
T1 = readByte[3];
T1 = T1 & 0x0000000F;
T1 = (T1<<8) | readByte[4];
T1 = (T1<<8) | readByte[5];
T1 = (T1*2000)/1024/1024 - 500;
AHT20_OutData[0] = (H1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[1] = H1 & 0x000000FF;
AHT20_OutData[2] = (T1>>8) & 0x000000FF;
AHT20_OutData[3] = T1 & 0x000000FF;
}
else
{
AHT20_OutData[0] = 0xFF;
AHT20_OutData[1] = 0xFF;
AHT20_OutData[2] = 0xFF;
AHT20_OutData[3] = 0xFF;
printf("讀取失敗！！！");
}
printf("\r\n");
//根據AHT20晶片中，溫度和濕度的計算公式，得到最終的結果，通過序列槽顯示
printf("溫度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
printf("濕度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
printf("\r\n");
}
工程一覽：
完整代碼連結：https://pan.baidu.com/s/1JBKmXwn6v3D5zzXOPT-1OA
提取碼：1902
三、準備工作
1. 溫濕度采集器引腳一覽表
2. 硬體線路連接配接
2.1 usb to ttl ----> STM32F103C8T6核心開發闆
3V3 —> 3V3
GND —> GND
RXD —> A9
TXD —> A10
2.2 STM32F103C8T6核心開發闆 ----> 溫濕度采集器
3V3 —> 引腳1
GND —> 引腳3
PB6 —> SCL
PB7 —> SDA
四、編譯成功燒錄後上位機顯示
編譯：
燒錄：
上位機展示
總結
通過這次實驗，了解了I2C總線通信協定以及通過I2C協定實作溫濕度（AHT20）采集的過程分析，
不斷的在失敗的過程中尋找答案，還是完成了本次實驗，收獲很大。
參考
https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/105366932
https://blog.csdn.net/qq_53112972/article/details/127589824?spm=1001.2014.3001.5502
https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/121436790?spm=1001.2014.3001.5502