ARM IIC总线实现温湿传感器

孟孟能学会2023-10-04 20:14

IIC.h

#ifndef __IIC_H__
#define __IIC_H__
#include "stm32mp1xx_gpio.h"
#include "stm32mp1xx_rcc.h"

/* 通过程序模拟实现I2C总线的时序和协议
 * GPIOF ---> AHB4
 * I2C1_SCL ---> PF14
 * I2C1_SDA ---> PF15
 *
 * */

#define SET_SDA_OUT     do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30)); \
							GPIOF->MODER |= (0x1 << 30);}while(0)
#define SET_SDA_IN      do{GPIOF->MODER &= (~(0x3 << 30));}while(0)

#define I2C_SCL_H       do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 14);}while(0)
#define I2C_SCL_L       do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 14);}while(0)

#define I2C_SDA_H       do{GPIOF->BSRR |= (0x1 << 15);}while(0)
#define I2C_SDA_L       do{GPIOF->BRR |= (0x1 << 15);}while(0)

#define I2C_SDA_READ    (GPIOF->IDR & (0x1 << 15))

void delay_us(void);
void i2c_init(void);
void i2c_start(void);
void i2c_stop(void);
void i2c_write_byte(unsigned char  dat);
unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack);
unsigned char i2c_wait_ack(void);       
void i2c_ack(void);
void i2c_nack(void);

#endif

IIC.c

#include "iic.h"

extern void printf(const char* fmt, ...);
/*
 * 函数名 ： delay_us
 * 函数功能：延时函数
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * */
void delay_us(void)
{
	unsigned int i = 2000;
	while(i--);
}
/*
 * 函数名 ： i2c_init
 * 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，
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * */
void i2c_init(void)
{
 	// 使能GPIOF端口的时钟
	RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0x1 << 5);
	// 设置PF14，PF15引脚为通用的输出功能
	GPIOF->MODER &= (~(0xF << 28));
	GPIOF->MODER |= (0x5 << 28);
	// 设置PF14, PF15引脚为推挽输出
	GPIOF->OTYPER &= (~(0x3 << 14));
	// 设置PF14, PF15引脚为高速输出
	GPIOF->OSPEEDR |= (0xF << 28);
	// 设置PF14, PF15引脚的禁止上拉和下拉
	GPIOF->PUPDR &= (~(0xF << 28));
	// 空闲状态SDA和SCL拉高 
	I2C_SCL_H;
	I2C_SDA_H;
}



/*
 * 函数名：i2c_start
 * 函数功能：模拟i2c开始信号的时序
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * */
void i2c_start(void)
{
	/*
	 * 开始信号：时钟在高电平期间，数据线从高到低的变化
	 *     --------
	 * SCL         \
	 *              --------
	 *     ----
	 * SDA     \
	 *          --------
	 * */
	SET_SDA_OUT;//1.设置数据线为输出模式
	I2C_SCL_H;//2.SCL为高电平
	delay_us();
	I2C_SDA_H;//3.SDA为高电平
	delay_us();
	I2C_SDA_L;//4.SDA为低电平
	I2C_SCL_L;//5.起始信号产生之后，总线处于占用状态
}

/*
 * 函数名：i2c_stop
 * 函数功能：模拟i2c停止信号的时序
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * */

void i2c_stop(void)
{
	/*
	 * 停止信号 ： 时钟在高电平期间，数据线从低到高的变化 
	 *             ----------
	 * SCL        /
	 *    --------
	 *    ---         -------
	 * SDA   X       /
	 *    --- -------
	 * */
	SET_SDA_OUT; //1.设置数据线为输出模式
	I2C_SCL_L;//2.scl为低电平,改变数据线上数据
	delay_us();
	I2C_SDA_L;//3.SDA为低电平
	delay_us();
	I2C_SCL_H;//4.scl为高电平
	delay_us();
	I2C_SDA_H;//5.SDA为高电平,停止信号产生之后，总线处于空闲状态
	delay_us();
}

/*
 * 函数名： i2c_write_byte
 * 函数功能：主机向i2c总线上的从设备写8bits数据
 * 函数参数：dat : 等待发送的字节数据
 * 函数返回值： 无
 * */

void i2c_write_byte(unsigned char dat)
{
	/*
	 * 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
	 * 			时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据 
	 *      ----          --------
	 * 	SCL     \        /        \
	 *           --------          --------
	 *      -------- ------------------ ---
	 * 	SDA         X                  X
	 *      -------- ------------------ ---
	 *
	 *      先发送高位在发送低位 
	 * */
	unsigned int i;
	SET_SDA_OUT;//1.设置数据线为输出模式
	//2.for循环 条件 实现
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		I2C_SCL_L;//3.SCL为低电平期间，发送器向数据线上写入数据
		delay_us();
		//4.先发送高位在发送低位
		if(dat & 0x80)
			I2C_SDA_H; //向数据线上写入高电平
		else
			I2C_SDA_L;//向数据线上写入低电平
		delay_us();
		I2C_SCL_H; //SCL拉高，等待从机从数据线上读取数据
		delay_us();
		delay_us();
		dat <<= 1;
	}
}

/*
 * 函数名：i2c_read_byte
 * 函数功能： 主机从i2c总线上的从设备读8bits数据, 
 *          主机发送一个应答或者非应答信号
 * 函数参数： 0 ： 应答信号   1 ： 非应答信号
 * 函数返回值：读到的有效数据
 *
 * */
unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack)
{
	/*
	 * 数据信号：时钟在低电平期间，发送器向数据线上写入数据
	 * 			时钟在高电平期间，接收器从数据线上读取数据 
	 *      ----          --------
	 * 	SCL     \        /        \
	 *           --------          --------
	 *      -------- ------------------ ---
	 * 	SDA         X                  X
	 *      -------- ------------------ ---
	 *
	 *      先接收高位， 在接收低位 
	 * */
	unsigned int i;
	unsigned char dat;
	SET_SDA_IN; //0.设置数据线为输入模式
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		I2C_SCL_L; //1.SCL拉低，保证主机向数据线上，写入数据完成
		delay_us();
		delay_us();
		I2C_SCL_H; //2.SCL拉高，数据线上数据保持稳定，从数据线上读取数据
		delay_us();
		dat <<= 1; //3.移位，放到if前面
		if(I2C_SDA_READ) 
			dat |= 1; //4.从总线上读取数据为1
		else 
			dat |= 0;//5.从总线上读取数据为0 
		delay_us();
	}
	if(!ack)
		i2c_ack(); //6.主机产生应答信号
	else
		i2c_nack(); //7.主机产生非应答信号
	return dat; //8.读取到数据	
}
/*
 * 函数名： i2c_wait_ack
 * 函数功能： 主机作为发送器时，等待接收器返回的应答信号
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：
 *					0：接收到的应答信号
 *                  1：接收到的非应答信号
 * */
unsigned char i2c_wait_ack(void)
{
	/*
	 * 主机发送一个字节之后，从机给主机返回一个应答信号
	 *
	 *                   -----------
	 * SCL              /   M:读    \
	 *     -------------             --------
	 *     --- ---- --------------------
	 * SDA    X    X
	 *     ---      --------------------
	 *     主  释   从机    主机
	 *     机  放   向数据  读数据线
	 *         总   线写    上的数据
	 *         线   数据
	 * */	
	I2C_SCL_L; //1.SCL为低电平期间，总线上数据允许发生变化
	delay_us();
	I2C_SDA_H;//2.SDA为高电平，数据线释放
	delay_us();
	SET_SDA_IN;//3.设置SDA为输入模式
	delay_us();
	I2C_SCL_H;//4.SCL为高电平，从总线上读取数据 
	delay_us();
	//5.判断读取数据为0/1 0：应答信号  1：非应答信号
	if(I2C_SDA_READ)
		return 1; //非应答信号
	I2C_SCL_L;//6.总线处于占用状态 	
	return 0; //应答信号
} 
/*
 * 函数名： iic_ack
 * 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送应答信号
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * */
void i2c_ack(void)
{
	/*            --------
	 * SCL       /        \
	 *    -------          ------
	 *    ---
	 * SDA   X 
	 *    --- -------------
	 * */
	SET_SDA_OUT; //1.设置数据线为输出模式
	I2C_SCL_L;//2.在SCL为低电平期间，改变数据线上数据
	delay_us();
	I2C_SDA_L;//3.数据线为低电平，应答信号
	delay_us();
	I2C_SCL_H;//4.在SCL为高电平期间，从数据线读取数据
	delay_us();
	delay_us();
	I2C_SCL_L;//5.总线处于占用状态
}
/*
 * 函数名： iic_nack
 * 函数功能： 主机作为接收器时，给发送器发送非应答信号
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * */
void i2c_nack(void)
{
	/*            --------
	 * SCL       /        \
	 *    -------          ------
	 *    --- ---------------
	 * SDA   X 
	 *    --- 
	 * */		
	SET_SDA_OUT; //1.设置数据线为输出模式
	I2C_SCL_L;//2.在SCL为低电平期间，改变数据线上数据
	delay_us();
	I2C_SDA_H;//3.数据线为低电平，非应答信号
	delay_us();
	I2C_SCL_H;//4.在SCL为高电平期间，从数据线读取数据
	delay_us();
	delay_us();
	I2C_SCL_L;//5.总线处于占用状态
}

si7006.h

#ifndef __SI7006_H__
#define __SI7006_H__

#include "iic.h"
#define        SI7006_SLAVE      0x40

void si7006_init(void);

//参数1:从机地址  参数2:湿度命令码
unsigned short si7006_read_hum_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr);

//参数1:从机地址  参数2:温度命令码
 short si7006_read_temp_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr);
#endif //__SI7006_H__

si7006.c

#include "iic.h"
#include "si7006.h"
extern void delay_ms(unsigned int ms);
/*
 * 函数名：si7006_init
 * 函数功能：SI7006芯片的初始化
 * 函数参数：无
 * 函数返回值：无
 * 地址：0xE6  初始化值：0x3A
*/
void si7006_init(void)
{
	i2c_init();
	i2c_start(); //起始信号
	i2c_write_byte(SI7006_SLAVE << 1 | 0); //寻址 0x40 + 写
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_write_byte(0xE6); //发送写寄存器地址
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_write_byte(0x3A);  //写入初始化值
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_stop(); //停止信号
}
/*
 * 函数名：si7006_read_data
 * 函数功能：读取SI7006的转换结果
 * 函数参数：
 *     slave_addr ： 从机地址
 *     reg_addr ： 寄存器地址
 * 函数返回值：无
*/

//参数1:从机地址  参数2:湿度命令码
unsigned short si7006_read_hum_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr)
{
	unsigned short dat;
	unsigned char dat_h; //高8位值
	unsigned char dat_l; //低8位值
	i2c_start(); //起始信号
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 0); //寻址 从机地址 + 写
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_write_byte(reg_addr); // 命令码
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_start(); //起始信号
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 1); //寻址 从机地址 + 读
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	delay_ms(1000);//延时函数
	dat_h = i2c_read_byte(0); //读取高8位数据
	dat_l = i2c_read_byte(1); //读取低8位数据
	i2c_stop(); //停止信号
	// 将高8位和低8位进行拼接
	dat = dat_h;
	dat <<= 8;
	dat |= dat_l;
	return dat;
}

//参数1:从机地址  参数2:温度命令码
short si7006_read_temp_data(unsigned char slave_addr, unsigned char reg_addr)
{
	short dat;
	unsigned char dat_h; //高8位值
	unsigned char dat_l; //低8位值
	i2c_start(); //起始信号
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 0); //寻址 从机地址 + 写
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_write_byte(reg_addr); // 命令码
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	i2c_start(); //起始信号
	i2c_write_byte(slave_addr << 1 | 1); //寻址 从机地址 + 读
	i2c_wait_ack(); //等待应答信号
	delay_ms(1000);//延时函数
	dat_h = i2c_read_byte(0); //读取高8位数据
	dat_l = i2c_read_byte(1); //读取低8位数据
	i2c_stop(); //停止信号
	// 将高8位和低8位进行拼接
	dat = dat_h;
	dat <<= 8;
	dat |= dat_l;
	return dat;


}

main.c

#include "iic.h"

#include "si7006.h"



extern void printf(const char *fmt, ...);

void delay_ms(int ms)

{

	int i,j;

	for(i = 0; i < ms;i++)

		for (j = 0; j < 1800; j++);

}



int main()

{

	short temp;

	unsigned short hum;

	si7006_init();//si7006初始化

 	while(1)

	{

		hum = si7006_read_hum_data(SI7006_SLAVE,0xE5);

		temp = si7006_read_temp_data(SI7006_SLAVE,0xE3);

		printf("hum = %d\n",125*hum/65536-6);

		printf("temp = %d\n",176*temp/65536-47);

	}

	return 0;

}
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