目錄

• 一、I²C總線協議
• • 1. I²C總線簡介
  • • 1.1 物理接口
    • 1.2 通訊特征
    • 1.3 I²C總線狀態
  • 2. I²C總線通信協議
  • • 2.1 起始位和結束位
    • 2.2 數據格式與應答
    • 2.3 數據傳輸通訊
  • 3.硬件I²C和軟件I²C區別
• 二、溫濕度采集代碼編寫
• • 1. 了解AHT20芯片的相關信息
  • 2. 具體代碼添加過程
  • 3. 主要代碼
• 三、總結
• 參考資料

一、I²C總線協議

1. I²C總線簡介

I²C是Inter-Integrated Circuit的簡稱，讀作：I-squared-C。由飛利浦公司于1980年代提出，為了讓主板、嵌入式系統或手機用以連接低速周邊外部設備而發展。
主要用途：
SOC和周邊外設間的通信（如：EEPROM，電容觸摸芯片，各種Sensor等）。

1.1 物理接口

I²C總線只使用兩條雙向漏極開路的信號線（串行數據線：SDA，及串行時鐘線：SCL），并利用電阻上拉。I²C總線僅僅使用SCL、SDA兩根信號線，就實現了設備間的數據交互，極大地簡化了對硬件資源和PCB板布線空間的占用。I²C總線廣泛應用在EEPROM、實時時鐘、LCD、及其他芯片的接口。I²C允許相當大的工作電壓范圍，典型的電壓基準為：+3.3V或+5V。

SCL（Serial Clock）：串行時鐘線，傳輸CLK信號，一般是主設備向從設備提供
SDA（Serial Data）：串行數據線，傳輸通信數據

I²C總線接口內部結構如下圖所示：

I²C使用一個7bit的設備地址，一組總線最多和112個節點通信。最大通信數量受限于地址空間及400pF的總線電容。

常見的I²C總線以傳輸速率的不同分為不同的模式：標準模式（100Kbit/s）、低速模式（10Kbit/s）、快速模式（400Kbit/s）、高速模式（3.4Mbit/s），時鐘頻率可以被下降到零，即暫停通信。

該總線是一種多主控總線，即可以在總線上放置多個主設備節點，在停止位（P）發出后，即通訊結束后，主設備節點可以成為從設備節點。

主設備節點：產生時鐘并發起通信的設備節點
從設備節點：接收時鐘并響應主設備節點尋址的設備節點

1）I²C通信雙方地位不對等，通信由主設備發起，并主導傳輸過程，從設備按I²C協議接收主設備發送的數據，并及時給出響應。
2）主設備、從設備由通信雙方決定（I²C協議本身無規定），既能當主設備，也能當從設備（需要軟件進行配置）。
3）主設備負責調度總線，決定某一時刻和哪個從設備通信。同一時刻，I²C總線上只能有一對主設備、從設備通信。
4）每個I²C從設備在I²C總線通訊中有一個I²C從設備地址，該地址唯一，是從設備的固有屬性，通信中主設備通過從設備地址來找到從設備。

I²C總線多主設備結構如下圖所示：

1.2 通訊特征

串行、同步、非差分、低速率

1）串行通信，所有的數據以位為單位在SDA線上串行傳輸
2）同步通信，即雙方工作在同一個時鐘下，一般是通信的A方通過一根CLK信號線，將A設備的時鐘傳輸到B設備，B設備在A設備傳輸的時鐘下工作。同步通信的特征是：通信線中有CLK。
3）非差分，I²C通信速率不高，且通信距離近，使用電平信號通信。
4）低速率，I²C一般是同一個板子上的兩個IC芯片間通信，數據量不大，速率低。速率：幾百KHz，速率可能不同，不能超過IC的最高速率。

1.3 I²C總線狀態

I²C總線上有兩種狀態：

空閑態：沒有設備發生通信。
忙態：其中一個從設備和主設備通信，I²C總線被占用，其他從設備處于等待狀態。

2. I²C總線通信協議

**時序：**在通信中時序是通信線上按時間順序發生的電平變化，及這些電平變化對通信的意義。

每個通信周期都由一個起始位開始通信，由一個結束位結束通信，中間部分是傳遞的數據。

每個通信周期，主設備會先發8位的從設備地址（從設備地址由高7位的實際從設備地址和低1位的讀/寫標志位組成），主設備以廣播的形式發送從設備地址，I²C總線上的所有從設備收到地址后，判斷從設備地址是否匹配，不匹配的從設備繼續等待，匹配的設備發出一個應答信號。

同一時刻，主設備、從設備只能有一個設備發送數據。

2.1 起始位和結束位

I²C總線通訊由起始位開始通訊，由結束位停止通訊，并釋放I²C總線。起始位和結束位都由主設備發出。
起始位（S）：在SCL為高電平時，SDA由高電平變為低電平
結束位（P）：在SCL為高電平時，SDA由低電平變為高電平

如下圖所示：

2.2 數據格式與應答

I²C數據以字節（即8bits）為單位傳輸，每個字節傳輸完后都會有一個ACK應答信號。應答信號的時鐘是由主設備產生的。

應答（ACK）：拉低SDA線，并在SCL為高電平期間保持SDA線為低電平
非應答（NOACK）：不要拉低SDA線（此時SDA線為高電平），并在SCL為高電平期間保持SDA線為高電平

在傳輸期間，如果從設備來不及處理主設備發送的數據，從設備會保持SCL線為低電平，強迫主設備等待從設備釋放SCL線，直到從設備處理完后，釋放SCL線，接著進行數據傳輸。

如下圖所示：

2.3 數據傳輸通訊

寫數據
開始數據傳輸后，先發送一個起始位（S），主設備發送一個地址數據（由7bit的從設備地址，和最低位的寫標志位組成的8bit字節數據，該讀寫標志位決定數據的傳輸方向），然后，主設備釋放SDA線，并等待從設備的應答信號（ACK）。每一個字節數據的傳輸都要跟一個應答信號位。數據傳輸以停止位（P）結束，并且釋放I2C總線。

讀數據
開始通訊時，主設備先發送一個起始信號（S），主設備發送一個地址數據（由7bit的從設備地址，和最低位的寫標志位組成的8bit字節數據），然后，主設備釋放SDA線，并等待從設備的應答信號（ACK），從設備應答主設備后，主設備再發送要讀取的寄存器地址，從設備應答主設備（ACK），主設備再次發送起始信號（Sr），主設備發送設備地址（包含讀標志），從設備應答主設備，并將該寄存器的值發送給主設備；

讀取單字節數據：
主設備要讀取的數據，如果是只有一個字節的數值，就要結束應答，主設備要先發送一個非應答信號（NOACK），再發送結束信號（P）；
讀取多字節數據：
主設備要讀取的數據，如果是大于一個字節的多個數據，就發送ACK應答信號（ACK），而不是非應答信號（NOACK），然后主設備再次接收從設備發送的數據，依次類推，直到主設備讀取的數值是最后一個字節數據后，需要主設備給從設備發送非應答信號（NOACK），再發送結束信號（P），結束I²C通訊，并釋放I²C總線。

注意：所有的數據傳輸過程中，SDA線的電平變化必須在SCL為低電平時進行，SDA線的電平在SCL線為高電平時要保持穩定不變。如下圖所示：

3.硬件I²C和軟件I²C區別

所謂硬件I²C對應芯片上的I²C外設，有相應I²C驅動電路，其所使用的I2C管腳也是專用的；軟件I²C一般是用GPIO管腳，用軟件控制管腳狀態以模擬I²C通信波形。

硬件I²C的效率要遠高于軟件的，而軟件I²C由于不受管腳限制，接口比較靈活。

模擬I²C 是通過GPIO，軟件模擬寄存器的工作方式，而硬件（固件）I²C是直接調用內部寄存器進行配置。如果要從具體硬件上來看，可以去看下芯片手冊。因為固件I²C的端口是固定的，所以會有所區別。

至于如何區分它們

可以看底層配置，比如IO口配置，如果配置了IO口的功能（I²C功能）那就是固件I²C，否則就是模擬
可以看I²C寫函數，看里面有木有調用現成的函數或者給某個寄存器賦值，如果有，則肯定是固件I²C功能，沒有的話肯定是數據一個bit一個bit模擬發生送的，肯定用到了循環，則為模擬。
根據代碼量判斷，模擬的代碼量肯定比固件的要大。

硬件I²C用法比較復雜，模擬I²C的流程更清楚一些。

硬件I²C速度比模擬快，并且可以用DMA

模擬I²C可以在任何管腳上，而硬件只能在固定管腳上。

軟件i²c是程序員使用程序控制SCL,SDA線輸出高低電平，模擬i2c協議的時序。一般較硬件i²c穩定，但是程序較為繁瑣，但不難。

硬件i²c程序員只要調用i²c的控制函數即可，不用直接的去控制SCL,SDA高低電平的輸出。但是有些單片機的硬件i²c不太穩定，調試問題較多。

二、溫濕度采集代碼編寫

1. 了解AHT20芯片的相關信息

具體信息請到官方下載對應產品介紹文檔，資料鏈接如下
http://www.aosong.com/class-36.html

2. 具體代碼添加過程

在野火提供的示例代碼中，打開一個只包含固件庫的空項目。向工程中添加相關代碼，添加代碼的具體內容請參考下面鏈接：
https://blog.csdn.net/hhhhhh277523/article/details/111397514

3. 主要代碼

main.c:

int main(void) { delay_init(); //初始化 uart_init(115200); //波特率IIC_Init();while(1){printf("溫度濕度顯示");read_AHT20_once();delay_ms(2000);} }

bsp_i2c.c:

uint8_t ack_status=0; uint8_t readByte[6]; uint8_t AHT20_status=0;uint32_t H1=0; //Humility uint32_t T1=0; //Temperatureuint8_t AHT20_OutData[4]; uint8_t AHT20sendOutData[10] = {0xFA, 0x06, 0x0A, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF};void IIC_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);IIC_SCL=1;IIC_SDA=1;}void IIC_Start(void) {SDA_OUT(); IIC_SDA=1; IIC_SCL=1;delay_us(4);IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low delay_us(4);IIC_SCL=0; } void IIC_Stop(void) {SDA_OUT();//sda??ê?3?IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to highdelay_us(4);IIC_SCL=1; IIC_SDA=1;delay_us(4); }u8 IIC_Wait_Ack(void) {u8 ucErrTime=0;SDA_IN(); IIC_SDA=1;delay_us(1); IIC_SCL=1;delay_us(1); while(READ_SDA){ucErrTime++;if(ucErrTime>250){IIC_Stop();return 1;}}IIC_SCL=0;return 0; } void IIC_Ack(void) {IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=0;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0; }void IIC_NAck(void) {IIC_SCL=0;SDA_OUT();IIC_SDA=1;delay_us(2);IIC_SCL=1;delay_us(2);IIC_SCL=0; } void IIC_Send_Byte(u8 txd) { u8 t; SDA_OUT(); IIC_SCL=0;for(t=0;t<8;t++){ IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;txd<<=1; delay_us(2); IIC_SCL=1;delay_us(2); IIC_SCL=0; delay_us(2);} } u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack) {unsigned char i,receive=0;SDA_IN();//SDAéè???aê?è?for(i=0;i<8;i++ ){IIC_SCL=0; delay_us(2);IIC_SCL=1;receive<<=1;if(READ_SDA)receive++; delay_us(1); } if (!ack)IIC_NAck();elseIIC_Ack(); return receive; }void IIC_WriteByte(uint16_t addr,uint8_t data,uint8_t device_addr) {IIC_Start(); if(device_addr==0xA0)IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));elseIIC_Send_Byte(device_addr); IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(addr&0xFF); IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(data); IIC_Wait_Ack(); IIC_Stop();if(device_addr==0xA0) //delay_ms(10);elsedelay_us(2); }uint16_t IIC_ReadByte(uint16_t addr,uint8_t device_addr,uint8_t ByteNumToRead) //?á??′??÷?ò?áêy?Y { uint16_t data;IIC_Start(); if(device_addr==0xA0)IIC_Send_Byte(0xA0 + ((addr/256)<<1));elseIIC_Send_Byte(device_addr); IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(addr&0xFF); IIC_Wait_Ack(); IIC_Start(); IIC_Send_Byte(device_addr+1); IIC_Wait_Ack();if(ByteNumToRead == 1){data=IIC_Read_Byte(0);}else{data=IIC_Read_Byte(1);data=(data<<8)+IIC_Read_Byte(0);}IIC_Stop(); return data; }//AHT20芯片的使用過程 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();//開始測試AHT20芯片delay_ms(80);read_AHT20();//讀取AHT20采集的到的數據delay_ms(5); }//重置AHT20芯片 void reset_AHT20(void) {I2C_Start();I2C_WriteByte(0x70);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("1");else printf("1-n-");I2C_WriteByte(0xBA);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("2");else printf("2-n-");I2C_Stop();/*AHT20_OutData[0] = 0;AHT20_OutData[1] = 0;AHT20_OutData[2] = 0;AHT20_OutData[3] = 0;*/ }//初始化AHT20芯片 void init_AHT20(void) {I2C_Start();I2C_WriteByte(0x70);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("3");else printf("3-n-"); I2C_WriteByte(0xE1);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("4");else printf("4-n-");I2C_WriteByte(0x08);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("5");else printf("5-n-");I2C_WriteByte(0x00);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("6");else printf("6-n-");I2C_Stop(); }void startMeasure_AHT20(void) {//------------I2C_Start();I2C_WriteByte(0x70);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("7");else printf("7-n-");I2C_WriteByte(0xAC);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("8");else printf("8-n-");I2C_WriteByte(0x33);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("9");else printf("9-n-");I2C_WriteByte(0x00);ack_status = Receive_ACK();if(ack_status) printf("10");else printf("10-n-");I2C_Stop(); }//AHT20芯片讀取數據 void read_AHT20(void) {uint8_t i;for(i=0; i<6; i++){readByte[i]=0;}I2C_Start();//I2C啟動I2C_WriteByte(0x71);//I2C寫數據ack_status = Receive_ACK();//收到的應答信息readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C讀取數據Send_ACK();//發送應答信息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停止函數//判斷讀取到的第一個字節是不是0x08，0x08是該芯片讀取流程中規定的，如果讀取過程沒有問題，就對讀到的數據進行相應的處理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("讀取失敗！！！");}printf("\r\n");//根據AHT20芯片中，溫度和濕度的計算公式，得到最終的結果，通過串口顯示printf("溫度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);printf("濕度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);printf("\r\n"); }uint8_t Receive_ACK(void) {uint8_t result=0;uint8_t cnt=0;IIC_SCL = 0;SDA_IN(); delay_us(4);IIC_SCL = 1;delay_us(4);while(READ_SDA && (cnt<100)){cnt++;}IIC_SCL = 0;delay_us(4);if(cnt<100){result=1;}return result; }void Send_ACK(void) {SDA_OUT();IIC_SCL = 0;delay_us(4);IIC_SDA = 0;delay_us(4);IIC_SCL = 1;delay_us(4);IIC_SCL = 0;delay_us(4);SDA_IN(); }void SendNot_Ack(void) {SDA_OUT();IIC_SCL = 0;delay_us(4);IIC_SDA = 1;delay_us(4);IIC_SCL = 1;delay_us(4);IIC_SCL = 0;delay_us(4);IIC_SDA = 0;delay_us(4); }void I2C_WriteByte(uint8_t input) {uint8_t i;SDA_OUT();for(i=0; i<8; i++){IIC_SCL = 0;delay_ms(5);if(input & 0x80){IIC_SDA = 1;//delaymm(10);}else{IIC_SDA = 0;//delaymm(10);}IIC_SCL = 1;delay_ms(5);input = (input<<1);}IIC_SCL = 0;delay_us(4);SDA_IN();delay_us(4); } uint8_t I2C_ReadByte(void) {uint8_t resultByte=0;uint8_t i=0, a=0;IIC_SCL = 0;SDA_IN();delay_ms(4);for(i=0; i<8; i++){IIC_SCL = 1;delay_ms(3);a=0;if(READ_SDA){a=1;}else{a=0;}//resultByte = resultByte | a;resultByte = (resultByte << 1) | a;IIC_SCL = 0;delay_ms(3);}SDA_IN();delay_ms(10);return resultByte; }void set_AHT20sendOutData(void) {/* --------------------------* 0xFA 0x06 0x0A temperature(2 Bytes) humility(2Bytes) short Address(2 Bytes)* And Check (1 byte)* -------------------------*/AHT20sendOutData[3] = AHT20_OutData[0];AHT20sendOutData[4] = AHT20_OutData[1];AHT20sendOutData[5] = AHT20_OutData[2];AHT20sendOutData[6] = AHT20_OutData[3];// AHT20sendOutData[7] = (drf1609.shortAddress >> 8) & 0x00FF; // AHT20sendOutData[8] = drf1609.shortAddress & 0x00FF;// AHT20sendOutData[9] = getXY(AHT20sendOutData,10); }void I2C_Start(void) {SDA_OUT();IIC_SCL = 1;delay_ms(4);IIC_SDA = 1;delay_ms(4);IIC_SDA = 0;delay_ms(4);IIC_SCL = 0;delay_ms(4); }void I2C_Stop(void) {SDA_OUT();IIC_SDA = 0;delay_ms(4);IIC_SCL = 1;delay_ms(4);IIC_SDA = 1;delay_ms(4); }

線路連接：
由于本程序采用的軟件I2C實現的，采用GPIO引腳是PB6，PB7。具體定義代碼如下
#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}
#define IIC_SCL PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA PBout(7) //SDA
#define READ_SDA PBin(7)
所以，SCL連接PB6，SDA連接PB7。

boot0置1，boot1置0燒寫代碼，boot0置0，boot1置1 讀取溫濕度數據：

三、總結

對于I2C協議進行通信的一個過程有了一個基本的理解。雖然讀出了溫濕度，但與實際的溫度還是有差異，不是很準確，但加溫時能讀出溫度在升高，證明芯片在正確工作中。

參考資料

I2C總線通訊協議
stm32通過I2C接口實現溫濕度（AHT20）的采集

https://blog.csdn.net/qq_31860135/article/details/88658136

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32通过I2C接口采集温湿度的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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