概述
目录
- 一、I2C总线通信协议的介绍
- 1.I2C简介
- 2.I2C总线时序图
- 3.五种速率
- 4.四种信号
- 5.I2C的优缺点
- 6.软件IIC和硬件IIC
- 二、创建工程
- 1.实验目的
- 2.工具的选择
- 3.相关代码分析
- 三、线路的连接
- 四、结果实现
- 五、总结
- 参考文献
一、I2C总线通信协议的介绍
1.I2C简介
I2C
是很常见的一种总线协议, I2C 是 NXP
公司设计的, I2C 使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是 SCL(串行时钟线)
,另外一条是 SDA(串行数据线)
,若不接上拉电阻,这两个引脚为悬空状态,由于悬空状态引脚的电平是无法确定的,所以这两条数据线需要接上拉电阻,一般是4.7K,总线空闲的时候SCL 和 SDA都处于高电平。
I2C 总线标准模式
下速度可以达到 100Kb/S
,快速模式
下可以达到 400Kb/S
。 I2C 总线工作是按照一定的协议来运行的,I2C 是支持多从机的,也就是一个 I2C 控制器下可以挂多个 I2C 从设备,这些不同的 I2C从设备有不同的器件地址,这样 I2C 主控制器就可以通过 I2C 设备的器件地址访问指定的 I2C设备 了,一个 I2C 总线连接多个 I2C 设备。
2.I2C总线时序图
3.五种速率
I2C协议可以工作在以下5种速率模式下,不同的器件可能支持不同的速率。
标准模式(Standard):100kbps
快速模式(Fast):400kbps
快速模式+(Fast-Plus):1Mbps
高速模式(High-speed):3.4Mbps
超快模式(Ultra-Fast):5Mbps(单向传输)
4.四种信号
I2C协议最基础的几种信号:起始、停止、应答和非应答信号。
起始信号
I2C协议规定,SCL处于高电平时,SDA由高到低变化,这种信号是起始信号。
停止信号
I2C协议规定,SCL处于高电平,SDA由低到高变化,这种信号是停止信号。
5.I2C的优缺点
优点:仅使用两根信号线,支持多个主设备和多个从设备,ACK / NACK位用于确认每个帧都已成功传输,硬件没有UART复杂。
缺点:数据传输速率比SPI慢,数据帧的大小限制为8位,硬件设计比SPI复杂。
6.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。
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。
工作方式: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。
两者区别:
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。
二、创建工程
1.实验目的
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.工具的选择
温湿度传感器AHT20
串口调试助手
STM32最小核心板
杜邦线若干
3.相关代码分析
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)
在官网自行对照阅读进行查看相关AHT20资料
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("rn");
//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("rn");
}
编译成功及核心代码展示
完整代码在温湿度传感器的数据采集分支下
三、线路的连接
分析代码可知,关于温度传感器的解法如图所示
SCL–>PB6
SDA–>PB7
四、结果实现
打开串口调试助手,将手放在温度器上,可以看到温度和湿度都发生了变化,则实验成功。
基于I2C协议进行温湿度传感器的数据采集
五、总结
在本次的实践过程中,我发现了许多问题,如温度传感器发送回的数据不显示,温度一致在测量,无测量值等问题,在排除接线故障以及代码错误的问题后,发现基础工程文件中的代码数据没有完全匹配,在进行修改后,顺利进行。
注意:在对温度传感器进行串接时,一定要仔细核对引脚的解法,否则可能引起一些严重的后果!!
为完成本次实践的操作,查询了大量资料以及I2C协议,在动手实践的的过程中受益匪浅,也希望可以帮助到看到这篇文章的你!
参考文献
I2C总线协议简介
I2C通信协议详解
IIC原理超详细讲解—值得一看
I2C协议靠这16张图彻底搞懂(超详细)
AHT20芯片的相关信息
最后
以上就是心灵美冬天为你收集整理的基于I2C协议利用STM32进行温湿度传感器的数据采集一、I2C总线通信协议的介绍二、创建工程三、线路的连接四、结果实现五、总结参考文献的全部内容,希望文章能够帮你解决基于I2C协议利用STM32进行温湿度传感器的数据采集一、I2C总线通信协议的介绍二、创建工程三、线路的连接四、结果实现五、总结参考文献所遇到的程序开发问题。
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