目录
- 一、I2C总线通信协议
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- 1.1 I2C介绍
- 1.2 I2C物理层
- 1.3、I2C协议层
- 1.4、软件IIC和硬件IIC
- 1.5 IIC数据传送
- 1.6 IIC发送数据
- 1.7 IIC读数据：
- 二、STM32基于I2C协议的温湿度传感器的数据采集
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- 2.1 题目要求：
- 2.2 前期准备
- 2.3代码撰写
- 三、准备工作
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- 1. 温湿度采集器引脚一览表
- 2. 硬件线路连接
- 四、编译成功烧录后上位机显示
- 总结
一、I2C总线通信协议
1.1 I2C介绍
IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由NXP（原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。多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。
在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps 以上。
注意IIC是为了与低速设备通信而发明的，所以IIC的传输速率比不上SPI
I²C最重要的功能包括：
只需要两条总线；
没有严格的波特率要求，例如使用RS232，主设备生成总线时钟；
所有组件之间都存在简单的主/从关系，连接到总线的每个设备均可通过唯一地址进行软件寻址；
I²C是真正的多主设备总线，可提供仲裁和冲突检测；
传输速度；
标准模式：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
最大主设备数：无限制；
最大从机数：理论上是127。
1.2 I2C物理层
I2C 总线在物理连接上非常简单，分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制，来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时，SCL和SDA被上拉电阻Rp拉高，使SDA和SCL线都保持高电平。
I2C通信方式为半双工，只有一根SDA线，同一时间只可以单向通信，485也为半双工，SPI和uart通
信为全双工。
原理图:
主机和从机的概念：
主机就是负责整个系统的任务协调与分配，从机一般是通过接收主机的指令从而完成某些特定的任务，主机和从机之间通过总线连接，进行数据通讯。
发布主要命令的称为主机，接受命令的称为从机
1.3、I2C协议层
原理图:
I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。
1.4、软件IIC和硬件IIC
IIC分为软件IIC和硬件IIC
软件IIC 软件IIC通信指的是用单片机的两个I/O端口模拟出来的IIC，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形，软件模拟寄存器的工作方式。
直接使用 CPU 内核按照 I2C 协议的要求控制 GPIO 输出高低电平，从而模拟I2C。
使用： 需要在控制产生 I2C 的起始信号时，控制作为SCL 线的 GPIO 引脚输出高电平，然后控制作为 SDA 线的 GPIO 引脚在此期间完成由高电平至低电平的切换，最后再控制SCL线切换为低电平，这样就输出了一个标准的 I2C 起始信号。
硬件IIC：一块硬件电路，硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的，硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置。
直接利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设。
使用： 只要配置好对应的寄存器，外设就会产生标准串口协议的时序。在初始化好 I2C 外设后，只需要把某寄存器位置 1，此时外设就会控制对应的 SCL 及 SDA 线自动产生 I2C 起始信号，不需要内核直接控制引脚的电平。
硬件I2C的效率要远高于软件的，而软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活。
要学习更多关于I2C的介绍，可以参考以下两篇博客
[1] IIC原理超详细讲解—值得一看
[2] I2C协议靠这16张图彻底搞懂（超详细）
1.5 IIC数据传送
数据传送格式
SDA线上的数据在SCL时钟“高”期间必须是稳定的，只有当SCL线上的时钟信号为低时，数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。输出到SDA线上的每个字节必须是8位，数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。
当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，回传给主设备一个应答位ACK， 此时才认为一个字节真正的被传输完成 ，如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。
多数从设备的地址为7位或者10位，一般都用七位。
八位设备地址=7位从机地址+读/写地址，
再给地址添加一个方向位位用来表示接下来数据传输的方向，
0表示主设备向从设备(write)写数据，
1表示主设备向从设备(read)读数据
IIC的每一帧数据由9bit组成，
如果是发送数据，则包含 8bit数据+1bit ACK,
如果是设备地址数据，则8bit包含7bit设备地址 1bit方向
在起始信号后必须传送一个从机的地址(7位) 1~7位为7位接收器件地址，第8位为读写位，用“0”表示主机发送数据(W)，“1”表示主机接收数据 （R）, 第9位为ACK应答位，紧接着的为第一个数据字节，然后是一位应答位，后面继续第2个数据字节。
1.6 IIC发送数据
Start: IIC开始信号，表示开始传输。
DEVICE_ADDRESS:: 从设备地址,就是7位从机地址
R/W： W(write)为写，R(read)为读
ACK： 应答信号
WORD_ADDRESS ： 从机中对应的寄存器地址 比方说访问 OLED中的 某个寄存器
DATA: 发送的数据
STOP: 停止信号。结束IIC
主机要向从机写数据时：
主机首先产生START信号
然后紧跟着发送一个从机地址，这个地址共有7位，紧接着的第8位是数据方 向位(R/W)，0表示主机发送数据(写)，1表示主机接收数据(读)
主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，若相同，则认为自己正在被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器和接收器
这时候主机等待从机的应答信号(A)
当主机收到应答信号时，发送要访问从机的那个地址， 继续等待从机的应答信号
当主机收到应答信号时，发送N个字节的数据，继续等待从机的N次应答信号，
主机产生停止信号，结束传送过程。
1.7 IIC读数据：
主机要从从机读数据时
主机首先产生START信号
然后紧跟着发送一个从机地址，注意此时该地址的第8位为0，表明是向从机写命令，
这时候主机等待从机的应答信号(ACK)
当主机收到应答信号时，发送要访问的地址，继续等待从机的应答信号，
当主机收到应答信号后，主机要改变通信模式(主机将由发送变为接收，从机将由接收变为发送)所以主机重新发送一个开始start信号，然后紧跟着发送一个从机地址，注意此时该地址的第8位为1，表明将主机设 置成接收模式开始读取数据，
这时候主机等待从机的应答信号，当主机收到应答信号时，就可以接收1个字节的数据，当接收完成后，主机发送非应答信号，表示不在接收数据
主机进而产生停止信号，结束传送过程。
二、STM32基于I2C协议的温湿度传感器的数据采集
2.1 题目要求：
每隔2秒钟采集一次温湿度数据，并通过串口发送到上位机。
2.2 前期准备
温湿度传感器AHT20
串口调试助手
2.3代码撰写
可以根据其他公司提供的示例代码进行修改与代码添加。（如正点原子或者野火）
相关的AHT20资料大家可以去官网进行查看与下载： http://www.aosong.com/class-36.html
AHT20芯片的使用过程read_AHT20_once函数：
void read_AHT20_once(void)
{
delay_ms(10);
reset_AHT20();//重置AHT20芯片
delay_ms(10);
init_AHT20();//初始化AHT20芯片
delay_ms(10);
startMeasure_AHT20();//开始测试AHT20芯片
delay_ms(80);
read_AHT20();//读取AHT20采集的到的数据
delay_ms(5);
}
AHT20芯片读取数据 read_AHT20函数：
void read_AHT20(void)
{
uint8_t i;
for(i=0; i<6; i++)
{
readByte[i]=0;
}
I2C_Start();//I2C启动
I2C_WriteByte(0x71);//I2C写数据
ack_status = Receive_ACK();//收到的应答信息
readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C读取数据
Send_ACK();//发送应答信息
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停止函数
//判断读取到的第一个字节是不是0x08，0x08是该芯片读取流程中规定的，如果读取过程没有问题，就对读到的数据进行相应的处理
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("读取失败！！！");
}
printf("\r\n");
//根据AHT20芯片中，温度和湿度的计算公式，得到最终的结果，通过串口显示
printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);
printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);
printf("\r\n");
}
工程一览：
完整代码链接：https://pan.baidu.com/s/1JBKmXwn6v3D5zzXOPT-1OA
提取码：1902
三、准备工作
1. 温湿度采集器引脚一览表
2. 硬件线路连接
2.1 usb to ttl ----> STM32F103C8T6核心开发板
3V3 —> 3V3
GND —> GND
RXD —> A9
TXD —> A10
2.2 STM32F103C8T6核心开发板 ----> 温湿度采集器
3V3 —> 引脚1
GND —> 引脚3
PB6 —> SCL
PB7 —> SDA
四、编译成功烧录后上位机显示
编译：
烧录：
上位机展示
总结
通过这次实验，了解了I2C总线通信协议以及通过I2C协议实现温湿度（AHT20）采集的过程分析，
不断的在失败的过程中寻找答案，还是完成了本次实验，收获很大。
参考
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