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小实战项目-第二章2.1-IIC协议讲解？ 什么是软件IIC 什么是硬件IIC 有什么区别如何编写代码--这章节主要讲解软件IIC，下一章节讲解硬件IIC协议

news 来源：原创 2025/4/30 20:55:18

这篇讲解软件IIC和一些基础，硬件IIC在下一篇章，添加链接描述
https://blog.csdn.net/qq_46187594/article/details/141643049

第二章-IIC协议

2.1-协议概述

说IIC特点

IIC时序图例子

或者仿真图

2.2-软件模式IIC

2.2.1-STM32模拟I2C

SDA必须设置开漏输出+硬件上拉电阻

SCL可以开漏输出+硬件上拉电阻 也可以推挽输出

如何通过STM32 io 模拟出I2C时序

我们这里还使用第0章的工程

在这里插入图片描述

设置上拉输入开漏输出、然后硬件也要上拉电阻

防止优化，我们要关闭优化选项

在这里插入图片描述

IIC.c 文件

#include "MyApp.h"
//讲IIC通信引脚设置为开漏上拉输出，引脚还要连接上拉电阻

//SDA电平设置
#define SDA_High	HAL_GPIO_WritePin(GY30_SDA_GPIO_Port,GY30_SDA_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define SDA_Low		HAL_GPIO_WritePin(GY30_SDA_GPIO_Port,GY30_SDA_Pin,GPIO_PIN_RESET)	

//SCL电平设置
#define SCL_Hige	HAL_GPIO_WritePin(GY30_SCL_GPIO_Port,GY30_SCL_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define SCL_Low		HAL_GPIO_WritePin(GY30_SCL_GPIO_Port,GY30_SCL_Pin,GPIO_PIN_RESET)

//STM32在开漏输出模式可以直接读GPIO 电平
#define SDA_Read    HAL_GPIO_ReadPin(GY30_SDA_GPIO_Port, GY30_SDA_Pin)


/* Private variables----------------------------------------------------------*/

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes------------------------------------------------*/ 
/*******************
*  @brief  这是us 级延时函数
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Delay_us(uint8_t us)
{
	uint8_t i = 0;
	while(us --)
	{
		for(i = 0;i<7;i++);
	}
}
/*******************
*  @brief  起始信号S
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Start(void)
{
	SCL_Hige;
	SDA_High;
	I2C_Delay_us(5);
	SDA_Low;
	I2C_Delay_us(5);
	SCL_Low;
}
/*******************
*  @brief  停止信号
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Stop(void)
{
	SDA_Low;
	I2C_Delay_us(5);
	SCL_Hige;
	I2C_Delay_us(5);
	SDA_High;

}
/*******************
*  @brief  读是否有应答
*  @param  
*  @return  1-没有收到应答位，0-收到应答位
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Ack(void)
{
	uint8_t AckTime = 0;//超时计数
	SCL_Hige;//先拉高SCL、SCL为高的时候检测SDA
	I2C_Delay_us(5);
	while(SDA_Read){
		if(++AckTime > 250){//超时判断 如果长时间没有应答
			I2C_Stop();//发送停止信号
			return 1;//退出
			}
	}
	SCL_Low;
	I2C_Delay_us(4);
	
	return 0;	//
}
/*******************
*  @brief  写一个字节数据
*  @param  要写的一个字节
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Write_Byte(uint8_t Data)
{
	SCL_Low;//设置SCL低电平 ，允许SDA改变
	I2C_Delay_us(4);
	for(uint8_t i = 0;i<8;i++){
		if((Data << i) & 0x80) SDA_High;//循环发送，先发送高位 ，然后发低位
		else SDA_Low;
		SCL_Hige;//设置SCL为高，后面要保持SDA不变
		I2C_Delay_us(4);
		SCL_Low;
		I2C_Delay_us(4);
	}
}
/*******************
*  @brief  读一个字节数据
*  @param  
*  @return  返回读的数据
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Data(void)
{
	uint8_t Data;//暂存读的数据
	for(uint8_t i=0;i<8;i++){
	
		SCL_Hige;//设置SCL高,延时后SDA稳定 从SDA读数据
		I2C_Delay_us(4);
		
		Data <<= 1;	//收的数据先存低位，然后用这个左移8次
		
		if(SDA_Read){//如果SDA为高电平就置位
			Data |= 0x01;//就置为最后一位
	    }
	
		SCL_Low;//拉低SCL，期间SDA可能变化
		I2C_Delay_us(4);
		
	}
	return Data;//返回读的数据
}
/*******************
*  @brief  发送应答或者非应答信号
*  @param  1- 非应答、0- 应答
*  @return  无
*
*******************/
void Sende_Ack(uint8_t Ack)
{
	if(Ack)
	   SDA_High;//如果输入1 SDA设置为高
	else 
	    SDA_Low;
		
	SCL_Hige;//SCL设置为高保持4毫秒
	I2C_Delay_us(4);
	SCL_Low;//然后释放掉
	I2C_Delay_us(4);
}

/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

I2C.h

#ifndef __I2C_H__
#define __I2C_H__

#include "MyApp.h"
/* extern variables-----------------------------------------------------------*/


/* extern function prototypes-------------------------------------------------*/

void I2C_Delay_us(uint8_t us);
/*******************
*  @brief  起始信号S
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Start(void);
/*******************
*  @brief  停止信号
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Stop(void);
/*******************
*  @brief  读是否有应答
*  @param  
*  @return  1-没有收到应答位，0-收到应答位
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Ack(void);
/*******************
*  @brief  写一个字节数据
*  @param  要写的一个字节
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Write_Byte(uint8_t Data);
/*******************
*  @brief  读一个字节数据
*  @param  
*  @return  返回读的数据
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Data(void);
/*******************
*  @brief  发送应答或者非应答信号
*  @param  1- 非应答、0- 应答
*  @return  无
*
*******************/
void Sende_Ack(uint8_t Ack);
#endif

/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

2.2.2模拟I2C驱动传感器

光照传感器
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

GY30.c

#include "MyApp.h"

#define GY30	0xB8
//ADDR接高地址为OxB8(1011100)然后写就是最后一位0 就是0xB8 如果读就最后一位1 就是0xB9
//ADDR接低地址为0x46(0100011)然后写操作最后一位是0 就是0x46 如果是读最后一位1 就是0x47


/* Private variables----------------------------------------------------------*/

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/

uint8_t DATA[2];

/* Private function prototypes------------------------------------------------*/ 
/*******************
*  @brief  写一个Byte
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Write_Byte(uint8_t Byte){
	I2C_Start();//主机发送起始信号
	I2C_Write_Byte(GY30|0x00);//发送地址+0表示写 0xB8
	I2C_Read_Ack();//主机等待收到应答信号
	I2C_Write_Byte(Byte);//主机写数据过去
	I2C_Read_Ack();//主机等待从机的应答信号
	I2C_Stop();//主机发送停止信号

}
/*******************
*  @brief  读光照数据
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Read_Byte(void){
	I2C_Start();//发送起始信号
	I2C_Write_Byte(GY30|0x01);//0xB9发送过去，表示地址0XB8和1（读数据）
	I2C_Read_Ack();//主机等待收到应答信号
	for(uint8_t i = 0;i<2;i++){
		DATA[i] = I2C_Read_Data();//读数据保持
		if(i == 2)  			///觉得这里有问题，
			I2C_Sende_Ack(1);//如果读两个数据 主机发送不应答
		else
		    I2C_Sende_Ack(0);
	}
	I2C_Stop();//主机发送停止信号
	HAL_Delay(5);//延时5ms 时间
}
/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

GY30.h

#ifndef __GY30_H__
#define __GY30_H__
#include "MyApp.h"

/* extern variables-----------------------------------------------------------*/

/* extern function prototypes-------------------------------------------------*/

/*******************
*  @brief  写一个Byte
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Write_Byte(uint8_t Byte);
/*******************
*  @brief  读光照数据
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Read_Byte(void);

#endif

补充一个点

在这里插入图片描述

添加一下串口的初始化

在这里插入图片描述

增加映射

在这里插入图片描述

/**
* @brief 重定向printf (重定向fputc)，
					使用时候记得勾选上魔法棒->Target->UseMicro LIB 
					可能需要在C文件加typedef struct __FILE FILE;
					包含这个文件#include "stdio.h"
* @param 
* @return 
*/
int fputc(int ch,FILE *stream)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1,( uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
	return ch;
}

勾选微库

在这里插入图片描述

调试之后发现无法读出光照数据、光照高位和低位都是0 ,然后我们猜测是延时函数不准确，下面测试延时函数、

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

把延时函数调整一下

在这里插入图片描述

这里接接好传感器还是不能读出数据

我们烧录一下历程，然后看一下例程的波形

三个部分的波形

在这里插入图片描述

第一部分波形

波形就是:起始位+从机地址(0xB8)+从机ACK+通电指令(0X01)+从机ACK+SP停止

然后下一个:起始位+从机地址(0XB8)+从机ACK+通电指令(0X10)+从机ACK+SP停止

在这里插入图片描述

第二部分

起始信号+0xB9(地址0xB9+1这个表示读)+光照高八位+从机ACK+光照低八位+从机ACK

在这里插入图片描述

我们把没有问题的程序数据和有问题的都采集到逻辑分析仪上
这是有问题的波形

在这里插入图片描述

这是没有问题的波形

在这里插入图片描述

2.2.3-切换状态解决问题

还是没有发现问题，我们把IO设置推挽输出，然后在需要设置输入的时候再切换模式
设置GPIO状态

在这里插入图片描述

代码增加了SDA状态改变，我把所有代码贴出来了

iic.c

#include "MyApp.h"
//讲IIC通信引脚设置为开漏上拉输出，引脚还要连接上拉电阻

//SDA电平设置
#define SDA_High	HAL_GPIO_WritePin(GY30_SDA_GPIO_Port,GY30_SDA_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define SDA_Low		HAL_GPIO_WritePin(GY30_SDA_GPIO_Port,GY30_SDA_Pin,GPIO_PIN_RESET)	

//SCL电平设置
#define SCL_Hige	HAL_GPIO_WritePin(GY30_SCL_GPIO_Port,GY30_SCL_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define SCL_Low		HAL_GPIO_WritePin(GY30_SCL_GPIO_Port,GY30_SCL_Pin,GPIO_PIN_RESET)

//STM32在开漏输出模式可以直接读GPIO 电平
#define SDA_Read    HAL_GPIO_ReadPin(GY30_SDA_GPIO_Port, GY30_SDA_Pin)


/* Private variables----------------------------------------------------------*/

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes------------------------------------------------*/ 
//软件先设置GPIO为推挽输出、然后SDA读的时候设置
/*******************
*  @brief  设置IIC的模式
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_SDA_Mode(uint8_t Addr)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	
	if(Addr){	// 1 设置输出模式
		 GPIO_InitStruct.Pin = GY30_SDA_Pin;
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
		HAL_GPIO_Init(GY30_SDA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
	}
	else{//0   设置输入模式
	
	    GPIO_InitStruct.Pin = GY30_SDA_Pin;
		GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
		GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
		HAL_GPIO_Init(GY30_SDA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
	}
	
}



/*******************
*  @brief  这是us 级延时函数
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Delay_us(uint8_t us)
{
	uint8_t i = 0;
	while(us --)
	{
		for(i = 0;i<8;i++);
	}
}
/*******************
*  @brief  起始信号S
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Start(void)
{
	I2C_SDA_Mode(OUT);
	
	SCL_Hige;
	SDA_High;
	I2C_Delay_us(5);
	SDA_Low;
	I2C_Delay_us(5);
	SCL_Low;
}
/*******************
*  @brief  停止信号
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Stop(void)
{
	I2C_SDA_Mode(OUT);
	SDA_Low;
//	I2C_Delay_us(5);//调整
	SCL_Hige;
	I2C_Delay_us(5);
	SDA_High;
    I2C_Delay_us(5);//调整
}
/*******************
*  @brief  读是否有应答
*  @param  
*  @return  1-没有收到应答位，0-收到应答位
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Ack(void)
{
	uint8_t AckTime ;//超时计数
	I2C_SDA_Mode(INPUT);//设置输入模式
	SCL_Hige;//先拉高SCL、SCL为高的时候检测SDA
	I2C_Delay_us(4);
	while(SDA_Read == GPIO_PIN_SET){
		if(++AckTime > 250){//超时判断 如果长时间没有应答
			I2C_Stop();//发送停止信号
			return 1;//退出
			}
	}
	SCL_Low;
	I2C_Delay_us(4);
	
	return 0;	//
}
/*******************
*  @brief  写一个字节数据
*  @param  要写的一个字节
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Write_Byte(uint8_t Data)
{
	SCL_Low;//设置SCL低电平 ，允许SDA改变
	I2C_Delay_us(4);
	for(uint8_t i = 0;i<8;i++){
	    I2C_SDA_Mode(OUT);//设置输出
		if((Data << i) & 0x80) SDA_High;//循环发送，先发送高位 ，然后发低位
		else SDA_Low;
		SCL_Hige;//设置SCL为高，后面要保持SDA不变
		I2C_Delay_us(4);
		SCL_Low;
		I2C_Delay_us(4);
	}
}
/*******************
*  @brief  读一个字节数据
*  @param  
*  @return  返回读的数据
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Data(void)
{
	uint8_t Data;//暂存读的数据
	for(uint8_t i=0;i<8;i++){
		I2C_SDA_Mode(INPUT);//设置输入
		SCL_Hige;//设置SCL高,延时后SDA稳定 从SDA读数据
		I2C_Delay_us(4);
		
		Data <<= 1;	//收的数据先存低位，然后用这个左移8次
		
		if(SDA_Read == GPIO_PIN_SET){//如果SDA为高电平就置位
			Data |= 0x01;//就置为最后一位
	    }
	
		SCL_Low;//拉低SCL，期间SDA可能变化
		I2C_Delay_us(4);
		
	}
	return Data;//返回读的数据
}
/*******************
*  @brief  发送应答或者非应答信号
*  @param  1- 非应答、0- 应答
*  @return  无
*
*******************/
void I2C_Sende_Ack(uint8_t Ack)
{
	I2C_SDA_Mode(OUT);//设置输出
	if(Ack)
	   SDA_High;//如果输入1 SDA设置为高
	else 
	    SDA_Low;
		
	SCL_Hige;//SCL设置为高保持4毫秒
	I2C_Delay_us(4);
	SCL_Low;//然后释放掉
	I2C_Delay_us(4);
}


/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

iic.h

#ifndef __I2C_H__
#define __I2C_H__

#include "MyApp.h"
/* extern variables-----------------------------------------------------------*/

#define OUT 1
#define INPUT 0
/* extern function prototypes-------------------------------------------------*/

void I2C_Delay_us(uint8_t us);
/*******************
*  @brief  起始信号S
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Start(void);
/*******************
*  @brief  停止信号
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Stop(void);
/*******************
*  @brief  读是否有应答
*  @param  
*  @return  1-没有收到应答位，0-收到应答位
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Ack(void);
/*******************
*  @brief  写一个字节数据
*  @param  要写的一个字节
*  @return  
*
*******************/
void I2C_Write_Byte(uint8_t Data);
/*******************
*  @brief  读一个字节数据
*  @param  
*  @return  返回读的数据
*
*******************/
uint8_t I2C_Read_Data(void);
/*******************
*  @brief  发送应答或者非应答信号
*  @param  1- 非应答、0- 应答
*  @return  无
*
*******************/
void I2C_Sende_Ack(uint8_t Ack);
#endif

/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

GY30.c

#include "MyApp.h"

//#define GY30	0XB8
#define GY30	0X46
//ADDR接高地址为OxB8(1011100)然后写就是最后一位0 就是0xB8 如果读就最后一位1 就是0xB9
//ADDR接低地址为0x46(0100011)然后写操作最后一位是0 就是0x46 如果是读最后一位1 就是0x47


/* Private variables----------------------------------------------------------*/

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/

uint8_t DATA[2];

/* Private function prototypes------------------------------------------------*/ 
/*******************
*  @brief  写一个Byte
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Write_Byte(uint8_t Byte){
	I2C_Start();//主机发送起始信号
	I2C_Write_Byte(GY30|0x00);//发送地址+0表示写 0xB8
	I2C_Read_Ack();//主机等待收到应答信号
	I2C_Write_Byte(Byte);//主机写数据过去
	I2C_Read_Ack();//主机等待从机的应答信号
	I2C_Stop();//主机发送停止信号

}
/*******************
*  @brief  读光照数据
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Read_Byte(void){

	I2C_Start();//发送起始信号
	I2C_Write_Byte(GY30|0x01);//0xB9发送过去，表示地址0XB8和1（读数据）
	I2C_Read_Ack();//主机等待收到应答信号
	for(uint8_t i = 0;i<2;i++){
		DATA[i] = I2C_Read_Data();//读数据保持
		if(i == 2)  			///觉得这里有问题，
			I2C_Sende_Ack(1);//如果读两个数据 主机发送不应答
		else
		    I2C_Sende_Ack(0);
	}
	I2C_Stop();//主机发送停止信号
	HAL_Delay(5);//延时5ms 时间
}
/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

GY30.h

#ifndef __GY30_H__
#define __GY30_H__
#include "MyApp.h"

/* extern variables-----------------------------------------------------------*/

/* extern function prototypes-------------------------------------------------*/

/*******************
*  @brief  写一个Byte
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Write_Byte(uint8_t Byte);
/*******************
*  @brief  读光照数据
*  @param  
*  @return  
*
*******************/
void GY30_Read_Byte(void);

#endif

然后主函数还是那样的

在这里插入图片描述

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	//这个测试设置两个都是推挽，然后SDA读的时候设置上拉输入
	GY30_Write_Byte(0x01);//通电指令
	GY30_Write_Byte(0x10);//连续高分辨模式120ms
	HAL_Delay(120);//延时

	
	GY30_Read_Byte();//读数据
	printf("数值:%d\r\n%d\r\n",DATA[0],DATA[1]);
	HAL_Delay(500);
	HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);

//	DATA[0] //这就是高位和低位了
//	DATA[1]
	
	
  }

2.3-硬件I2C

硬件IIC我们下一篇再讲解

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