单片机第二次答辩

IIC总线协议

一、定义

半双方、同步、串行传输

通过电平触发（写）采样（读）

主从架构

主设备 (Master) ：控制通信过程，生成时钟信号

SCL（时钟线）在整个通信过程中始终由主机控制输出

从设备 (Slave) ： 被动响应主设备的命令

支持多主多从

同一总线上可以连接多个主设备和从设备（同一时刻只能有一个主机和从机进行通信），但需要进行冲突检测和仲裁

从机地址唯一性

每个从设备都有唯一的 7 位或 1 0 位从机地址 ，主设备通过从机地址指定要通信的从设备

时钟来源于APB1

二、引脚内部结构

2.1 上拉电阻

I 2C 芯片的 SCL 和 SDA 引脚是开漏输出 的所以需要接一个上拉电阻来输出高电平

由于输出的时候总是电平相反的，所以需要输出控制，输出相反的电平；这负负得正

2.2 开漏输出

为了实现可以支持多主多从，以及多主仲裁

只有主机让MOS管截至的时候上拉电阻才能拉成高电平 ；不然3.3V的上拉电阻还不够把地拉成高电平

实现线与

所有从机的接收的时候的都是MOS导通输出低电平；

任何一个设备输出低电平 → 总线为低电平；所有设备都输出高阻 → 总线为高电平（上拉电阻拉高）；不会发生短路冲突

仲裁等待

当主设备一号在进行数据传输的时候会把电平拉低，当主设备二号想数据传输的时候读取到了低电平就会进行仲裁等待

IIC芯片的引脚上都有一个寄生电容，没接入一个设备就会导致等效电容增大

三、IIC协议

3.1 协议规则

只能由主机产生

起始信号：SCL线高电平的时候SDA线产生下降沿

终止信号：SCL高电平的时候SDA线产生上升沿

主机和从机都能产生

应答信号:时钟线SCL高电平期间，SDA低电平

非应答信号：SCL高电平期间，SDA高电平

总线共闲：SCL和SDA一直为高电平

数据有效：在时钟线高电平期间只能读数据（数据线电平不能变） ；低电平期间可以写入数据（数据线电平才能变）

IIC线以字节为单位进行传输；顺序为高位开始传输

由主机发：从机地址为7位（移位表明加了读写位）（一般，用一位表明方向）或者10位

3.2 主机读数据

从机内部无寄存器或地址

① 仅读取一个字节的数据

S：开始信号，ACK：应答；NACK：非应答；P:结束

② 连续读取多个字节的数据

从机内部有寄存器或地址区分

① 仅读取一个字节的数据

W表示要去传感器里面寻址；

主机先发从机的地址；然后发内部寄存器的地址；地址确定好了后，开始第二次通信读

② 连续读取多个字节的数据

3.3 主机写数据

由于I2C从机都需要通过寄存器来存储和区分不同类型的数据，所以没有寄存器的从机非常罕见。

从机内部有寄存器或地址区分

① 仅写入一个字节的数据

② 连续写入多个字节的数据

四、传感器手册

CRC校验

从机地址

通信方式

温湿度计算

复制代码

// 温度计算（摄氏度）
温度(°C) = -45 + 175 × (温度原始值 / 65535)

// 湿度计算（%RH）
湿度(%RH) = -6 + 125 × (湿度原始值 / 65535)

// 华氏度（可选）
温度(°F) = -49 + 315 × (温度原始值 / 65535)

示例代码

采集时间：高精度测量最多需要 8.3 毫秒。

数据传输类型

采集模式命令

五、实现现象

SPI协议

一、定义

SPI 是一个同步的数据总线，也就是说它是用单独的数据线和一个单独的时钟信号 来保证发送端和接收端的完美同步。

边沿触发

总线接口 ( 引脚 ) SCK 、 MOSI 、 MISO 、 CS

CS信号线进行从机的选择

遵循一主多从或者一主一从的结构

数据帧长度 8bit 或 1 6bit

数据传输的格式 MSB 或 LSB

MSB表示先发送最高位；LSB表示发送最低位

工作过程

通信总是由主机发起；主机通过MOSI引脚给从机发数据；从机同时通过MISO引脚给主机发送数据；由同一个时钟进行的同步全双工（也可以半双工和单工）

二、通信协议

SPI控制器挂在APB2总线上的

通信过程

主机先将 NSS 信号拉低，这样保证开始接收数据；
当 接收端检测到时钟的边沿信号时 ，它将立即读取 数据线上的信号，这样就得到了一位数据（1 bit）；

由于时钟是随数据一起发送的，因此指定 数据的传输速度并不重要，尽管设备将具有可以运行的最高速度。

主机发送到从机 ：主机产生相应的时钟信号，然后数据 一位一位 地从 MOSI 信号线上进行发送到从机；
主机接收从机数据 ：如果从机需要将数据发送回主机，则主机将继续生成预定数量的时钟信号 ，并且从机会将数据通过 MISO 信号线发送；

时钟极性

除了配置串行时钟速率（频率）外，SPI主设备还需要配置 时钟极性。

时钟极性通常写为 CKP 或 CPOL。

时钟极性和相位共同决定读取数据的方式，比如信号上升沿读取数据还是信号下降沿读取数据；

CKP = 0：时钟空闲 IDLE 为低电平 0；
CKP = 1：时钟空闲 IDLE 为高电平 1；

时钟相位

除配置串行时钟速率和极性外，SPI主设备还应配置时钟相位（或边沿）。

时钟相位通常写为 CKE 或 CPHA；

时钟相位/边沿，也就是采集数据时是在时钟信号的具体相位或者边沿：

CKE = 0 ：在时钟信号 SCK 的第一个跳变沿采样；
CKE = 1 ：在时钟信号 SCK 的第二个跳变沿采样；

三、硬件实现

在单片机上选PA4到7

引脚配置

STM32 手册规定 SPI 最大速率是 18 MHz

四、实现结果

采集到的数据为0x5a(01011010)

ADC

一、核心功能

将连续变化的模拟信号 （如电压、电流）转化为离散的数字信号，以便微处理器（MCU/CPU）进行处理、存储和分析。

二、关键参数

（1）分辨率：细节捕捉的能力

定义：ADC 能区分的最小模拟信号变化，以二进制位数（bit）表示。

公式：最小可分辨电压 = 满量程电压 / (2ⁿ - 1)（n 为分辨率位数）。

示例：3.3V 满量程、12 位 ADC 的最小分辨率为 3.3V/4095≈0.806mV

常见规格：8 位（低精度）、12 位（主流）、16 位（高精度

（2）转换速率：采样的速度极限

定义：单位时间内完成的转换次数，单位为 SPS（每秒采样次数）。

应用场景：高速场景（如通信、视频）需选择高转换速率的 ADC，低速场景（如温度监测）则可优先考虑低功耗型号。

（3）信噪比（SNR）：信号纯净度的衡量

定义：输出信号与噪声的比例，反映ADC在转换过程中引入的噪声大小。

关键理解：SNR越高，说明信号相对于噪声越强，转换结果越纯净。

影响因素：量化噪声、热噪声、时钟抖动等。

（4）总谐波失真（THD）：信号保真度的标尺

定义：描述输出信号中，除去基频（原始信号）之外，其他谐波成分的相对强度。

（5）线性度：转换线性

定义：输入信号与输出数字码之间是否呈线性关系。

三、工作流程

采样：通过采样保持电路捕获模拟信号的瞬时值。
量化：将采样值映射到离散的数字等级（如 12 位 ADC 的 4096 个等级）。
编码：将量化后的等级转换为二进制代码（如 0x01FF 表示 511）。

看门狗

看门狗（WDT）是一个定时器 ，开启看门狗定时器之后（比如定时100ms），在单片机程序中每隔一段时间 （小于100ms）就要**"喂狗"一次** ，即将看门狗定时器清零。这样做的用处是，一旦单片机程序跑飞，没有在定时的时间之内去喂狗，那么定时达到200ms时，看门狗自动将单片机复位。

作用：检测内核有没有死机

内部结构

网络

复制代码

摩尔信使(电脑) ---(WiFi)---> ESP8266 ---(串口)---> STM32 ---> LED/开关/温湿度

ESP8266 在这里不做任何协议解析，只是把串口1收到的数据原封不动从串口2发出去
电脑（摩尔信使）是 MODBUS 主站，单片机是从站
ESP8266 就是一根"智能串口线"

ESP8266像一个小网站，摩尔信使是浏览器。浏览器主动访问网站，网站返回数据。

STA模式即设备作为客户端连接至WiFi热点（AP），用于终端设备上网。

AP模式即设备作为无线接入点（热点），创建一个新的WiFi网络供其他设备连接。

指令	作用	返回值（示例/说明）
`AT`	测试ESP8266是否存活	`OK`
`AT+CWMODE=1`	设为Station模式	`OK`
`AT+CWJAP="WiFi名","密码"`	连接WiFi	`OK` 或 `WIFI CONNECTED` `WIFI GOT IP`
`AT+CIFSR`	查询本机IP地址	`+CIFSR:STAIP,"192.168.1.100"` `+CIFSR:STAMAC,"xx:xx:xx:xx:xx:xx"` `OK`
`AT+CIPMUX=0`	设为单连接模式	`OK`
`AT+CIPSTART="TCP","电脑IP",端口`	建立TCP连接到指定服务器	`CONNECT` `OK`
`AT+CIPMODE=1`	开启透传模式	`OK`
`AT+CIPSEND`	开始透传（进入数据发送状态）	`>` （提示符）之后输入内容即直接发送