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GD32F103x IIC通信

news 2026/5/12 20:00:28

1. IIC通信

1.IIC的介绍

IIC总线有两条串行线，其一是时钟线SCK（同步），其二是数据线SDA。只有一条数据线属于半双工。应用中，单片机常常作为主机，外围器件可以挂载多个。（当然主机也可以有多个。多个主机都要访问从机需要仲裁机制。）每一个从机器件都拥有唯一的一个地址。这样才能区分主机与哪个从机通信。如下图：

有两个从机与一个主机。

由于在设置SDA,SCL两个串行时GPIO时都会设置成开漏模式。开漏模式需要通过上拉电阻拉到高电平。

那么为什么不用复用推挽呢？都知道推挽能输出稳定的高低电平。当某一主机SDA为高，某一从机SDA为低。那么很可能短路。如果是开漏带上拉电阻的。就直接上拉电阻流向从机SDA低。这样是比较安全的。开漏模式组成线与的关系，任何一个器件都可以拉低电平。

2. IIC的时序图

分为起始信号，数据传输，应答信号，停止信号。

1. 起始信号，停止信号

2. 数据传输信号

在SCL高电平时SDA必须稳定不变。等待从机读取。所以在SCL低电平时才可以改变。

3.应答信号。

总结：我们在起始信号之后，主机开始发送传输的数据；在串行时钟线 SCL 为低电平状态时，SDA 允许改变传输的数据位（1 为高电平，0 为低电平），在SCL 为高电平状态时，SDA 要求保持稳定，相当于一个时钟周期传输 1bit 数据，经过8 个时钟周期后，传输了 8bit 数据，即一个字节。第8 个时钟周期末，主机释放SDA 以使从机应答，在第 9 个时钟周期，从机将 SDA 拉低以应答；如果第 9 个时钟周期，SCL 为高电平时，SDA 未被检测到为低电，视为非应答，表明此次数据传输失败。第 9 个时钟周期末，从机释放 SDA 以使主机继续传输数据，如果主机发送停止信号，此次传输结束。我们要注意的是数据以8bit 即一个字节为单位串行发出，其最先发送的是字节的最高位。

3.IIC具体详细的数据帧格式

具体注意主机给从机呢还是从机给主机发送。看颜色的不同。

4. IIC 实现的方式

对于有些51单片机可能没有IIC的硬件驱动。要用模拟GPIO的方式来实现。但现在的单片机都会有

硬件的IIC驱动。直接用就好了。

2. LM75温度传感器

1.LM75的概述

1. LM75的AD转换原理

内部的温度传感器感知一个模拟信号。

2. LM75框图

内部有一个温度传感器。通过操作指针寄存器读取温度传感器的值。

3. 温度怎么保存及怎么计算。

4. LM75寄存器介绍。

1. 配置寄存器

总结：具体详细的看LM75的手册。

3. doem (IIC 读取LM75温度）

用模拟IIC的方式来获取LM75的温度。通过串口打印出来。

硬件电路：用PB6，PB7GPIO口来模拟。

1. LM75的唯一地址（查手册）

1001 A0 = 1 A1 = 1 A2 =1 = 0x9E

2. 指针寄存器操作

指针寄存器包含一个 8 位的数据字节，低 2 位是其它 4 个寄存器的指针值，高 6 位等于 0 ，见指针寄存器表格（表 3 ）和指针值表格（表 4 ）。指针寄存器对于用户来说是不可访问的，但通过将指针数据字节包含到总线命令中可选择进行读/ 写操作的数据寄存器。

配置寄存器（01）：

3. 读温度寄存器的流程

4. 写配置寄存器的流程

总结：代码都是按流程来的。配合流程一起看。

my_i2c_soft.h

#ifndef MY_I2C_SOFT_H
#define MY_I2C_SOFT_H
/**
@brief: 软件I2C的实现
*/#include "gd32f10x.h"#define I2C_SOFT_RCU       RCU_GPIOB
#define I2C_SOFT_PORT      GPIOB
#define I2C_SOFT_SCL_PIN   GPIO_PIN_6
#define I2C_SOFT_SDA_PIN   GPIO_PIN_7void my_i2c_init(void);    /* i2c的初始化 */void my_i2c_start(void);   /* i2c的起始 */
void my_i2c_stop(void);    /* i2c的结束 */void my_i2c_send_byte(uint8_t byte_to_send);  /* SDA发送一个byte */
uint8_t my_i2c_read_byte(void);               /* SDA读取一个byte */void my_i2c_ack(void);         /* 主机应答 */
void my_i2c_nack(void);        /* 主机非应答 */
uint8_t my_i2c_read_ack(void); /* 从机应答 */#endif

my_i2c_soft.c

#include "my_i2c_soft.h"
#include "systick.h"void my_i2c_w_SDA(uint8_t bit_value)
{gpio_bit_write(I2C_SOFT_PORT, I2C_SOFT_SDA_PIN, (bit_status)bit_value);delay_1us(10);
}void my_i2c_w_SCL(uint8_t bit_value)
{gpio_bit_write(I2C_SOFT_PORT, I2C_SOFT_SCL_PIN, (bit_status)bit_value);delay_1us(10);
}uint8_t my_i2c_r_SDA(void){return gpio_input_bit_get(I2C_SOFT_PORT, I2C_SOFT_SDA_PIN);
}//初始化函数
void my_i2c_init(void){rcu_periph_clock_enable(I2C_SOFT_RCU);/* 开漏模式 */gpio_init(I2C_SOFT_PORT, GPIO_MODE_OUT_OD, GPIO_OSPEED_50MHZ, I2C_SOFT_SCL_PIN|I2C_SOFT_SDA_PIN);gpio_bit_set(I2C_SOFT_PORT, I2C_SOFT_SCL_PIN|I2C_SOFT_SDA_PIN);
}//i2c的起始
void my_i2c_start(void){//SDA高，SCL高，SDA低，SCL低;   my_i2c_w_SDA(1);my_i2c_w_SCL(1);my_i2c_w_SDA(0);my_i2c_w_SCL(0); /* 为传输数据做准备，只有SCL才可以改变数据 */
}//i2c的结束
void my_i2c_stop(void){my_i2c_w_SDA(0);my_i2c_w_SCL(1);my_i2c_w_SDA(1);
}//SDA发送一个byte
void my_i2c_send_byte(uint8_t byte_to_send){uint8_t i;for(i = 0; i < 8; i++){my_i2c_w_SDA(byte_to_send & (0x80>>i));my_i2c_w_SCL(1); /* 从机来读 */my_i2c_w_SCL(0);}
}//SDA读一个byte
uint8_t my_i2c_read_byte(void){uint8_t result = 0x00;my_i2c_w_SDA(1); /* 主机释放 */uint8_t i;for(i = 0; i < 8; i++){my_i2c_w_SCL(1);if(my_i2c_r_SDA())result = result | (0x80 >> i);//读SDA的bit值my_i2c_w_SCL(0);}return result;
}//主机应答
void my_i2c_ack(void){my_i2c_w_SCL(0);my_i2c_w_SDA(0);my_i2c_w_SCL(1);my_i2c_w_SCL(0);
}//主机非应答
void my_i2c_nack(void){my_i2c_w_SCL(0);my_i2c_w_SDA(1);my_i2c_w_SCL(1);my_i2c_w_SCL(0);
}//主机读应答
uint8_t my_i2c_read_ack(void){uint8_t ack_result;my_i2c_w_SDA(1); /* 主机释放 */my_i2c_w_SCL(1);ack_result = my_i2c_r_SDA();my_i2c_w_SCL(0);return ack_result;	
}

lm75a_temp.h

#ifndef __LM75A_TEMP_H
#define __LM75A_TEMP_H#include "gd32f10x.h"
#include "my_i2c_soft.h"#define LM75A_I2C_ADDR  0x9E   /* LM75A的从机地址 */#define LM75A_TEMP_REG  0x00   /* 温度寄存器的指针地址 */
#define LM75A_CONF_REG  0x01   /* 配置寄存器（Conf）*/
#define LM75A_THYST_REG 0x10   /* 滞后寄存器（Thyst） */
#define LM75A_TOS_REG   0x11   /* 过热关断寄存器（Tos） */#define IIC_WRITE 0
#define IIC_READ 1void lm75a_init(void);float lm75a_get_temp(void);     //获取温度传感器的温度值void lm75a_poweroff(uint8_t id_rw,uint8_t reg_addr,uint8_t data);        //关断温度传感器void lm75a_read_reg(uint8_t lm75a_id, uint8_t reg, uint8_t *p, uint8_t len);  //读温度寄存器的值
uint8_t lm75a_write_addr(uint8_t id_rw, uint8_t reg_addr);#endif

lm75a_temp.c

#include "lm75a_temp.h"
#include "systick.h"void lm75a_init(void){my_i2c_init();
}// 读温度传感器的温度寄存器的值并转换为温度值
float lm75a_get_temp(void){float temp_result;//读温度寄存器值uint8_t byte_data[2];lm75a_poweroff(LM75A_I2C_ADDR | IIC_WRITE, LM75A_CONF_REG,0x00); /* 开启LM75 */lm75a_read_reg(LM75A_I2C_ADDR, LM75A_TEMP_REG, byte_data, 2);delay_1ms(100); /* 需要延时100ms */lm75a_poweroff(LM75A_I2C_ADDR | IIC_WRITE, LM75A_CONF_REG,0x01); /* 关闭LM75 *///将温度寄存器值转为温度值uint16_t temp_reg = byte_data[0]<<3 | byte_data[1]>>5;/* 判断D10是正负还是负数 0：正 1:：负数 */if((temp_reg & 0x0400) == 0){temp_result = temp_reg * 0.125;}else{temp_reg = (~((temp_reg&0x03ff)-1)) & 0x03ff;    //补码到原码转换temp_result = temp_reg * (-0.125);}return temp_result;
}/***
功能：读温度寄存器的值
输入：uint8_t lm75a_id： lm75a的iic从机地址uint8_t reg：要操作的寄存器的指针uint8_t *p：读取结果存放的位置uint8_t len：寄存器的字节长度（1 or 2）
返回：无
*****/
void lm75a_read_reg(uint8_t lm75a_id, uint8_t reg, uint8_t *p, uint8_t len){//向iic总线上写入器件地址、指针字节lm75a_write_addr(lm75a_id|IIC_WRITE, reg);my_i2c_start();my_i2c_send_byte(lm75a_id|IIC_READ);my_i2c_read_ack();uint8_t i;for(i = 0; i < len; i++){*p++ = my_i2c_read_byte();if(i != (len-1))my_i2c_ack();}my_i2c_nack();my_i2c_stop();
}/***
输入：uint8_t id_rw：从机地址|读写标识
**/
uint8_t lm75a_write_addr(uint8_t id_rw, uint8_t reg_addr){my_i2c_start();my_i2c_send_byte(id_rw);my_i2c_read_ack();my_i2c_send_byte(reg_addr);my_i2c_read_ack();return 0;
}void lm75a_poweroff(uint8_t id_rw,uint8_t reg_addr,uint8_t data)      //关断温度传感器
{lm75a_write_addr(id_rw, reg_addr);my_i2c_send_byte(data);my_i2c_read_ack();my_i2c_stop();}

main.c

#include <stdio.h>
#include "systick.h"
#include "usart_comm.h"
#include "lm75a_temp.h"int main(){systick_config();usart0_init(9600);float temp_result;char temp_string[80];lm75a_init();while(1){temp_result = lm75a_get_temp();sprintf(temp_string, "temperature is: %.3f C.\n", temp_result); /* 把浮点转成字符 */usart0_send_string((uint8_t *)temp_string); /* 打印温度 */delay_1ms(1000);  //等待1s}
}

最终结果打印：