IIC通讯
IIC物理层
IIC协议简介
特点:
由于他引脚少，硬件实现简单，可拓展性强，不需要UASRT,CAN通讯协议的外部收发设备，现在被广泛使用在系统内多个集成电路IC（芯片）间的通讯。
通讯方式:
半双工的通讯方式
IIC总线系统架构（IIC物理层）
关于上述图内容的解释
1.一个IIC总线只使用两条总线线路，
一条双向串行数据线(SDA),数据线用于表示数据
一条串行时钟线(SCL)，时钟线用于数据收发同步。
2.他是一个支持多设备的总线。”总线”指多个设备共用的信号线，在一个IIC通讯总线中，可连接多个IIC通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。每个设备都有独立的地址,主机可以通过访问不同的地址来访问从机
3.总线由上拉电阻接到电源VCC,总线设备空闲状态时候出现高阻态,此时由上拉电阻把总线拉成高电平
4.当多个主机设备同时占用总线时候,为了防止冲突会利用仲裁方式来决定谁占用总线
IIC总线分类
软件IIC:一般是配置GPIO管脚,用软件来控制管脚状态,模拟IIC通讯过程
硬件IIC:对应芯片上的IIC外设，有相对应的IIC驱动电路，其所使用的IIC管脚也是专用的
两者的区别
1.硬件IIC的速度远高于软件IIC,但是硬件IIC受引脚的限制,不灵活。
2.软件IIC是通过配置GPIO，软件模拟寄存器的工作方式，而硬件IIC是直接调用内部寄存器进行配置。
综上可以总结如下
1.硬件IIC用法复杂，模拟IIC流程更加清楚
2.硬件IIC速度比模拟快
3.模拟IIC可以在任何管脚上，硬件IIC在固定管脚上
IIC协议层
IIC数据传输过程的一些状态（IIC协议层）
①空闲状态
当IIC总线SDA以及SCL均处于高电平时，规定此状态为空闲状态，对应输出状态为高阻态（各场器件输出效应管截止，导致场效应管电阻很大），由上拉电阻将电平拉高。
②开始信号和截止信号
如图所示 ，起始条件为 SDA（数据总线）由高电平变为低电平，下降沿的跳变。SCL（时钟总线）保持高电平状态。
终止条件为 SDA由低电平变为高电平，上升沿的跳变。SCL保持高电平状态。
③应答信号
当发送完一个字节（8位）后，在第9位释放数据线，由接收器件的数据线返回一个应答信号（ACK）,并且规定当为低电平时候为有效应答。结合图片可以如下总结
对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第九个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平
⑤数据有效性以及数据传输
具体要求，当SCL为高电平的时候要求SDA数据线数据稳定，SCL为低电平的时候SDA数据线数据可变化。
SDA数据在SCL的每一个时钟周期传递一位数据。数据位的传输是边沿触发
可以总结如下
数据在SCL的上升沿到来前准备好。并在下降沿到来之前必须稳定
IIC通讯——读写数据（IIC协议层）
IIC的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。
①主机写数据到从机
s：start，起始信号
p：stop，停止信号
slave address：从机地址。开始信号结束后，主机就开始广播从机的地址信号，在没有广播出来之前，每一个从机都处于“待命”状态，由于每一个从机地址都是唯一的，只需要主机广播的地址对应到某个从机，某个从机就会做出响应，其他的就不会做出响应。（可以理解为老师上课点名😄）从机地址可以是7位或者10位
R/w：读写数据
A： ACK，应答信号。当数据写完毕后，仅有当从机应答信号产生后主机才能继续写数据。
②主机到从机中读数据
③主机与从机的通讯，通讯复合格式
复合格式，与前面的主要区别就是：该传输过程有两次起始信号。
第一次传输过程中，主机通过SLAVE_ADDRESS寻找到从设备后，发送一段”数据”，这段数据通常用于表示从机设备内部的寄存器或存储器地址；
第二次传输中，对该地址的内容进行读或写。（与之前的一样了）
综合所述，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。
基于stm32软件IIC
oled.c代码
#include "stm32f10x.h"
#include "oled.h"
#include "oledfont.h"
#include "delay.h" //系统定时器
static void OLED_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef oled_GPIOstruct; //oled管脚初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
//PB0 ->SCL PB1 ->SDA
oled_GPIOstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; //开漏输出
oled_GPIOstruct.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 ;
oled_GPIOstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOB, &oled_GPIOstruct);
OLED_SCLK_Set();
OLED_SDIN_Set(); //将时钟线和数据线全部拉高，让其处于空闲状态
}
//模拟IIC起始信号
static void OLED_IIC_Start(void)
{
OLED_SCLK_Set();
OLED_SDIN_Set();
delay_us(1);
OLED_SDIN_ReSet(); //数据线拉低，产生下降沿
delay_us(1);
OLED_SCLK_ReSet(); //时钟线再数据线产生下降沿之后保持一段时间高电平后将其拉低，起始信号模拟完毕
delay_us(1);
}
//IIC模拟停止信号
static void OLED_IIC_Stop(void)
{
OLED_SDIN_ReSet();
OLED_SCLK_ReSet();
delay_us(1);
OLED_SCLK_Set(); //时钟线先拉高
delay_us(1);
OLED_SDIN_Set(); //数据线拉高,产生上升沿,至此停止信号模拟完毕
delay_us(1);
}
//IIC模拟应答信号
static unsigned char IIC_Wait_Ack(void)
{
unsigned char Ask;
OLED_SCLK_ReSet(); //时钟线拉低
delay_us(1);
OLED_SDIN_Set(); //数据线拉高
delay_us(1);
OLED_SCLK_Set(); //时钟线拉高
//应答信号,在时钟线拉高之前产生下降沿并在时钟线拉高的情况下确保为低电平
if(OLED_READ_SDIN()) //读取数据线电平为高电平
{
ack = IIC_NO_Ask; //对应的应答信号为非应答信号
}
else
{
ack = IIC_Ask; //对应信号为应答信号
}
OLED_SCLK_ReSet(); //接收完应答信号,时钟线拉低
delay_us(1);
return ack;
}
//写入一位数据
static void Write_IIC_Byte(unsigned char IIC_Byte)
{
unsigned char i=0;
for(i=0;i<8;i++) //每位循环写入
{
OLED_SCLK_ReSet(); //拉低时钟线,让后面数据可以改变
delay_us(1);
if(IIC_Byte & 0x80)
OLED_SDIN_Set(); //最高位为1,数据线置高
else
OLED_SDIN_ReSet(); //最高位为0,数据线拉低
IIC_Byte <<= 1; //数据左移1位,次高位变成最高位
delay_us(1);
OLED_SCLK_Set(); //传输并确认一位数据之后,时钟线拉高,读取这一位数据
delay_us(1);
}
OLED_SCLK_ReSet(); //8位数据全部读完之后时钟线拉低
delay_us(1);
while(IIC_Wait_Ack()); //等待应答信号通过!
}
//IIC写命令
static void Write_IIC_Command(unsigned char IIC_Command)
{
OLED_IIC_Start();
Write_IIC_Byte(0x78); //第一次发送从机地址
Write_IIC_Byte(0x00); //第二次发送命令地址
Write_IIC_Byte(IIC_Command);//写入指定命令
OLED_IIC_Stop();
}
//IIC写数据
static void Write_IIC_Data(unsigned char IIC_Data)
{
OLED_IIC_Start();
Write_IIC_Byte(0x78); //第一次发送从机地址
Write_IIC_Byte(0x40); //第二次发送数据地址
Write_IIC_Byte(IIC_Data); //写入指定命令
OLED_IIC_Stop();
}
//对OLED写入一个字节
void OLED_Write_Byte(unsigned char dat,unsigned char cmd)
{
if(cmd)
{
Write_IIC_Data(dat); //写数据
}
else
{
Write_IIC_Command(dat);//写命令
}
}
//设置OLED起点坐标
void SetPoint(unsigned char x,unsigned char y)
{ //x列 y页
OLED_Write_Byte(0xb0+y,OLED_CMD); //列地址低四位
OLED_Write_Byte((x&0xf0>>4),OLED_CMD); //列地址高四位
OLED_Write_Byte(x&0x0f|0x10,OLED_CMD); //列地址低四位
}
//开启屏幕显示
void OLED_Display()
{
OLED_Write_Byte(0x8D,OLED_CMD); //设置电荷泵
OLED_Write_Byte(0xAF,OLED_CMD);//开启屏幕
OLED_Write_Byte(0x14,OLED_CMD);//开启电荷泵
}
//关闭屏幕显示
void OLED_OFF()
{
OLED_Write_Byte(0x8D,OLED_CMD); //设置电荷泵
OLED_Write_Byte(0xAE,OLED_CMD);//关闭屏幕
OLED_Write_Byte(0x10,OLED_CMD);//关闭电荷泵
}
//全屏操作
void OLED_Clear()
{
unsigned char i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
OLED_Write_Byte(0xb0+i,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x00,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x10,OLED_CMD);
for(n=0;n<128;n++)
{
OLED_Write_Byte(0,OLED_Data);//往128*64个像素点全部写入数据0
}
}
}
//显示字符函数
void OLED_Showcharactor(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char chr)
{ //传入参数 x,y分别表示列和页 chr表示字符
unsigned char c=0,i=0;
c = chr - ' '; //这里结合字库以及ASCII码可以知道
if(x>MAX_Column) //列超过最大长度
{
x = 0;
y = y+2; //字符8x16大小,故页要一次性加两行
}
if(SIZE == 16)
{
OLED_SetPoint(x,y);
for(i=0;i<8;i++)
OLED_Write_Byte(F8X16[c*16+i],OLED_Data);
OLED_SetPoint(x,y+1);
for(i=8;i<16;i++)
OLED_Write_Byte(F8X16[c*16+i],OLED_Data);
}
else // 6*8
{
OLED_SetPoint(x,y);
for(i=0;i<6;i++)
OLED_Write_Byte(F6x8[c][i],OLED_Data);
}
}
//显示字符串函数
void OLED_ShowString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *chr)
{
unsigned char j = 0;
while(chr[j]!='\0') //循环遍历字符串
{
OLED_Showcharactor(x,y,chr[j]); //调用之前的显示单个字符函数
x+=8;
if(x>=128)
{
x=0;
y+=2;
}
j++;
}
}
//计算m^n次方函数
unsigned int OLED_Pow(unsigned char m,unsigned char n)
{
unsigned int result = 1;
while(n--)
result*=m;
return result;
}
//显示数字函数
void OLED_ShowNum(unsigned char x,unsigned char y,unsigned int num,unsigned char len,unsigned char size)
{//传入参数 x,y 列和页; num 对应数字; len 数字个数; size 字体大小
unsigned char t,temp;
unsigned char enshow = 0; //是否为第一个数是否为0的标志
for(t=0;t<len;t++)
{
temp = (num/OLED_Pow(10,len-t-1))%10; //从低位依次获取数据
if(enshow==0&&t<(len-1))
{ //判断当前数是否为0,为0的话需要额外显示
if(temp==0)
{ //为0就显示0,然后继续执行函数
OLED_Showcharactor(x+(size/2)*t,y,' ');
continue;
}
else
enshow=1;
}
OLED_Showcharactor(x+(size/2)*t,y,temp+'0');
}
}
//显示汉字函数
void OLED_ShowChinese(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char no)
{//参数 x,y 列和页; no 代表某个汉字在汉字库中位于第几个
unsigned char t,adder=0;
OLED_SetPoint(x,y);
for(t=0;t<16;t++)
{
OLED_Write_Byte(Hzk[2*no][t],OLED_Data);
adder+=1;
}
OLED_SetPoint(x,y+1); //这里的话汉字采用8x16显示
for(t=0;t<16;t++)
{
OLED_Write_Byte(Hzk[2*no+1][t],OLED_Data);
adder+=1;
}
}
void OLED_Init(void)
{
OLED_GPIO_Init();
delay_ms(200);
OLED_Write_Byte(0xAE,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x00,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x10,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x40,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xB0,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x81,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xFF,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xA1,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xA6,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xA8,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x3F,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xC8,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xD3,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x00,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xD5,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x80,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xD9,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xF1,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xDA,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x12,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xDB,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x40,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x8D,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0x14,OLED_CMD);
OLED_Write_Byte(0xAF,OLED_CMD);
OLED_Clear();
OLED_SetPoint(0,0);
}
oled.h文件
#ifndef _OLED_H_
#define _OLED_H_
#include "stm32f10x.h"
#define OLED_SCLK_Set() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)
#define OLED_SCLK_ReSet() GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)
#define OLED_SDIN_Set() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1)
#define OLED_SDIN_ReSet() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1)
#define OLED_READ_SDIN() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1)
#define IIC_Ask 0
#define IIC_NO_Ask 1
#define OLED_CMD 0
#define OLED_Data 1
#define MAX_Column 128
#define SIZE 16
static void OLED_GPIO_Init(void);
static void OLED_IIC_Start(void);
static void OLED_IIC_Stop(void);
static unsigned char IIC_Wait_Ack(void);
static void Write_IIC_Byte(unsigned char IIC_Byte);
static void Write_IIC_Command(unsigned char IIC_Command);
static void Write_IIC_Data(unsigned char IIC_Data);
void OLED_Write_Byte(unsigned char dat,unsigned char cmd);
void OLED_SetPoint(unsigned char x,unsigned char y);
void OLED_Display(void);
void OLED_OFF(void) ;
void OLED_Clear(void);
void OLED_Fill(void);
void OLED_Showcharactor(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char chr);
void OLED_Init(void);
void OLED_ShowString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *chr);
unsigned int OLED_Pow(unsigned char m,unsigned char n);
void OLED_ShowNum(unsigned char x,unsigned char y,unsigned int num,unsigned char len,unsigned char size);
void OLED_ShowChinese(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char no);
#endif
DHT11温湿度模块
一.供电电压：3.3 - 5.5V直流电
输出为单总线数字信号
温度测量范围0-50度（精度正负2度，分辨率1度）
湿度测量范围为20-90%RH（精度为正负5%，分辨率1%）
二.原理:
采用单总线双向串行通信协议，每次采集都要由单片机发起开始信号，然后DHT11会向单片机发送响应并开始传输40位数据帧，高位在前。
数据格式40帧(40bit)
湿度整数部分+湿度小数部分 8bit + 8bit
温度整数部分+温度小数部分 8bit + 8bit
校验位部分 8bit
数据校验,湿度和温度的整数小数部分全部加起来判断是否与校验位部分相等,若相等,则取出数据;否之,数据重新获取
湿度小数部分和温度小数部分单片机都默认为0,即校验位只会判断两者的整数部分和
例如 湿度 0101 0011 + 0000 0000
温度 0011 0010 + 0000 0000
校验位 1000 0101 此时湿度和温度的整数部分之和恰好等于校验位的,所以这组数据符合要求
三.温湿度传感器时序过程介绍
总线空闲状态高电平.
主机 将总线拉低,等待DHT11响应, (主机发送起始信号)
从机(DHT11模块)接收主机起始信号后,等待主机起始信号结束, 这个过程要求18ms以上,保证DHT11检测到起始信号
DHT11发送80us的低电平响应信号
主机 发送起始信号结束后,延时20-40us后读取DHT11的响应信号
主机发送完开始信号,可以切换到输入模式或者接上拉电阻置高电平,直接上代码
DHT11.c文件
#include "stm32f10x.h"
#include "DHT11.h"
#include "stdio.h"
#include "delay.h"
/*单总线,双向串行输出协议,故配置对应端口输入输出*/
uint16_t Rxbuff[5];
void DHT11_GPIO_Init_IN(void)
{
GPIO_InitTypeDef DHT11_GPIOinstruct;
//PB11->DHT11模块数据输入口
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
DHT11_GPIOinstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //下拉输入
DHT11_GPIOinstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
DHT11_GPIOinstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &DHT11_GPIOinstruct);
}
void DHT11_GPIO_Init_OUT(void)
{
GPIO_InitTypeDef DHT11_GPIOinstruct;
//PB11 ->DHT11模块数据输出口
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
DHT11_GPIOinstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
DHT11_GPIOinstruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
DHT11_GPIOinstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &DHT11_GPIOinstruct);
}
//温湿度模块响应信号
static uint8_t DHT11_Back()
{
uint8_t i = 200;
while(read_data && i--); //等待低电平到来
i=200; //低电平延迟一会(80us)
while(!read_data && i--); //等待高电平到来
return 0;
}
//起始信号
void DHT11_Start()
{
data0; //置低
delay_ms(20);
data1; //置高
delay_us(10);
DHT11_GPIO_Init_IN();
while(DHT11_Back());
}
//DHT11模块读取数据函数
void DHT11_ReceptionBuff()
{
uint8_t y =1;
uint16_t i;
uint8_t x;
for(x=0;x<5;x++)
{
i = 0;
for(y=1;y<9;y++)
{
while(read_data)
{
__nop();
}
delay_us(40);
while(!read_data)
{
__nop();
}
i = i<<1;
delay_us(30);
if(read_data)
{
i|=1;
}
while(read_data);
}
Rxbuff[x] = i;
}
}
DHT11.h文件
#ifndef _DHT11_H_
#define _DHT11_H_
#include "stm32f10x.h"
#define data1 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11)
#define data0 GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11)
#define read_data GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11)
void DHT11_GPIO_Init_IN(void);
void DHT11_GPIO_Init_OUT(void);
void DHT11_Start(void);
void DHT11_ReceptionBuff(void);
void DHT11_UpdataData(void);
extern uint16_t Rxbuff[5];
#endif
软件IIC实现功能主函数
main函数
#include "stm32f10x.h"
#include "main.h"
#include "oled.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "DHT11.h"
int main()
{
initSysTick();
delay_ms(1000);
OLED_Init();
OLED_Clear();
delay_ms(1000);
//起手让OLED显示下列一些字
OLED_ShowChinese(0,2,6); //当
OLED_ShowChinese(16,2,7); //前
OLED_ShowChinese(32,2,8); //温
OLED_ShowChinese(48,2,9); //度
OLED_ShowChinese(66,2,10); //:
OLED_ShowChinese(90,2,15); //.
OLED_ShowChinese(112,2,11); //℃
//这种都来自于字库文件 oledfont.h
OLED_ShowChinese(0,5,6); //当
OLED_ShowChinese(16,5,7); //前
OLED_ShowChinese(32,5,12); //湿
OLED_ShowChinese(48,5,9); //度
OLED_ShowChinese(66,5,10); //:
OLED_ShowChinese(90,5,15); //.
OLED_ShowChinese(112,5,13); //%
while(1)
{
uint16_t i;
uint8_t Tempture ;
uint8_t Wet ;
uint8_t xiaoshu ;
DHT11_UpdataData();
i = Rxbuff[0] + Rxbuff[1] + Rxbuff[2] + Rxbuff[3];
if(Rxbuff[4]==i) //校验
{
Tempture = Rxbuff[2]; //温度整数
Wet = Rxbuff[0]; //湿度整数
xiaoshu = Rxbuff[3]; //小数部分(两者相同)
OLED_ShowNum(74,2,Tempture/10,3,3);
OLED_ShowNum(82,2,Tempture%10,3,3);
OLED_ShowNum(98,2,xiaoshu,3,3);
OLED_ShowNum(88,5,Wet/10,3,3);
OLED_ShowNum(98,5,xiaoshu%10,3,3);
}
delay_ms(2000);
}
综上所有内容所述
1.IIC物理层
2.IIC协议层
3.stm32软件IIC函数编写
4.DHT11温湿度模块
5.项目整体实现代码