I2C协议

1 I2C协议介绍

  IIC（Inter-Integrated Circuit）协议也称为I2C总线，是一种串行通信协议，通常用于连接低速外设。它由Philips（现在的NXP Semiconductors）公司于1980年代初开发，现在已经成为一个标准。IIC总线只需要两条数据线，分别是串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL），这使得它成为一种非常简单的接口。它适用基于芯片的通信，例如连接传感器、存储器或数字信号处理器等。

  在IIC协议中，总线上有一个主设备和多个从设备。主设备掌控着总线上的通信过程，负责发起、控制、停止通信。而从设备则需要等待主设备的请求，接收或发送数据。主设备和从设备之间的数据交换采用帧格式，每个帧通常包含地址、数据和控制信息。主设备根据从设备的地址来选中要通信的设备，从设备则根据控制信息进行相应的操作。IIC协议可以支持多个从设备连接到同一个主设备，为系统设计提供了更大的灵活性。

2 I2C的硬件实现

  I2C总线通常使用两种电压电平，即高电平（VH）和低电平（VL）。高电平为2.5V至5.5V，低电平为0V至0.3V；这些电压电平范围是根据I2C规范确定的。I2C总线有不同的传输速率可选，包括标准模式（100 kbps）、快速模式（400 kbps）以及高速模式。传输速率的选择取决于应用的需求和设备的支持能力。为避免信号冲突，微处理器(MCU）必须只能驱动SDA和 SCL在低电平，即开漏输出。设置为开漏模式主要是为了保护器件和防止干扰。

• 防止干扰：多个器件共享同一条数据线（SDA）和同一条时钟线（SCL），如果采用推挽输出模式，多个器件的输出将会叠加在数据线上，造成信号干扰，严重时会损坏器件或导致通信错误。而采用开漏输出模式，则各个器件的输出只有拉低数据线的部分，不会干扰彼此，从而提高了总线的可靠性和抗干扰能力。
• 防止短路：在开漏输出模式下，由于器件的输出只有拉低数据线的部分，如果两个或多个器件同时输出，也不会造成短路。而如果采用推挽输出模式，两个或多个器件同时输出时，可能会形成短路。比如主设备输出高电平，从设备输出低电平。
•   因设置为开漏模式，需要连接一个外部的上拉电阻（例如:10k)将信号提拉至高电平。故I2C总线中的SDA（数据线）和SCL（时钟线）通常都连接了上拉电阻，以确保逻辑高电平的稳定性。上拉电阻的阻值通常在2.2kΩ至10kΩ之间，具体取决于总线的电容负载和通信距离。

  I2C总线的最大线缆长度和传输容量受到一定限制。在标准模式下，最大线缆长度大约在1米左右，而在快速模式下，最大线缆长度约为0.3米。此外，线缆上的总线容量也会对传输速率产生影响。

3 I2C数据传输

IIC只有两根通信线，因此它数据传输是基于时钟信号的。各个设备在时钟信号的控制下进行数据的收发操作。下面是IIC总线的几个重要的时序：

起始信号：SCL在高电平的状态下，SDA的电平由高转低，表示开始一次通信。

void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();//设置SDA为输出模式
    SDA(1);
    SCL(1);
    delay_us(5);
    SDA(0);
    delay_us(5);
    SCL(0);
    delay_us(5);
}

停止信号：SCL在高电平的状态下，SDA的电平由低转高，表示结束这次通信。主设备在发送停止信号后不能再向从设备发送任何数据，除非再次发送起始信号。

void IIC_Stop(void)
{
    SDA_OUT();
    SCL(0);
    SDA(0);
    SCL(1);
    delay_us(5);
    SDA(1);
    delay_us(5);
}

数据传输：主设备和从设备进行数据的传输，可以是一个或多个字节的数据，发送和接收都是基于地址选择的。

//发送一个字节
void IIC_Send_Byte(uint8_t dat)
{
    int i = 0;
    SDA_OUT();
    SCL(0);
    for( i = 0; i < 8; i++ )
    {
        SDA( (dat & 0x80) >> 7 );
        delay_us(1);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        SCL(0);
        delay_us(5);
        dat<<=1;
    }
}

//接收一个字节
unsigned char IIC_Read_Byte(void)
{
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
    {
        SCL(0);
        delay_us(5);
        SCL(1);
        delay_us(5);
        receive<<=1;
        if( SDA_GET() )
        {
            receive |= 1;
        }
    }
    SCL(0);
    return receive;
}

I2C还提供了一种称为“ACK/NACK”（应答/非应答）的确认机制。如果一个设备接收到数据，它将通过在SDA线上拉低电平来发送一个应答信号以通知发送方数据已被接收。相反，如果数据被损坏或未接收，接收设备将发送非应答信号。（在SDA上保持高电平）。

void IIC_Send_Ack(void)
{
    SDA_OUT();
    SCL(0);
    SDA(1);
    SDA(0);
    SCL(1);
    delay_us(5);
    SCL(0);
    SDA(1);
}

void IIC_Send_Nack(void)
{
    SDA_OUT();
    SCL(0);
    SDA(0);
    SDA(1);
    SCL(1);
    delay_us(5);
    SCL(0);
    SDA(0);
}

在IIC总线中，时钟线由主设备控制，每个数据位在时钟边沿更新，传输的最高速率取决于总线上最慢的设备。一般来讲，IIC总线的通信速率比较慢，通常在几百kbps的范围内。如果需要更高的传输速率，可以采用其他通信协议，如SPI协议、CAN协议等。

4 通信流程

I2C通信流程按照以下步骤进行：

• 主控向总线发送开始信号。
• 主控将要通信的设备地址和读写位（R/W）发送到总线上。
• 设备接收到地址后发送应答信号，主控接收到应答信号后发送数据或继续发送地址。
• 设备接收到数据后发送应答信号，主控接收到应答信号后可以继续发送数据或者停止通信。
• 主控向总线发送停止信号。

5. IIC基本参数

速率： I2C总线有标准模式（100 kbit/s）和快速模式（400 kbit/s）两种传输模式，还有更快的扩展模式和高速模式可供选择。

器件地址： 每个设备都有唯一的7位或10位地址，可以通过地址选择来确定与谁进行通信。

总线状态： I2C总线有五种状态，分别是空闲状态、起始信号、结束信号、响应信号、数据传输。

数据格式： I2C总线有两种数据格式，标准格式和快速格式。标准格式是8位数据字节加上1位ack/nack（应答/非应答）位，快速格式允许两个字节同时传输。

由于SCL和SDA线是双向的，它们也可能会由于外部原因（比如线路中的电容等）出现电平误差，而从而导致通信出错。因此，在IIC总线中，通常使用上拉电阻来保证信号线在空闲状态下的电平为高电平。

6. 硬件I2C

MSPM0L系列的I2C支持主从模式，有7位地址位可以设置，支持 100kbps、400kbps、1Mbps 的 I2C 标准传输速率，并支持 SMBUS。 无论是主机或者从机，发送和接收都有独立的8个字节FIFO。MSPM0 I2C 具有 8 字节 FIFO，对于控制器和目标模式会生成独立的中断，并支持 DMA。

7 软件I2C与硬件I2C

I2C协议可以通过软件实现或者硬件实现。这两种方式的区别在于实现的方法和所需的硬件资源。

7.1 软件I2C

  软件I2C是指通过在程序中编写代码来实现I2C通信协议。它利用通用输入输出（GPIO）引脚来模拟I2C的数据线（SDA）和时钟线（SCL），通过软件控制引脚的电平变化来传输数据和生成时序信号。与硬件I2C相比，软件I2C的优势在于不需要特定的硬件支持，可以在任何支持GPIO功能的微控制器上实现。它利用了微控制器的通用IO引脚来实现I2C通信协议。

  软件I2C的实现通过编程方式来模拟I2C的主机和从机设备。通过逐位地读取和写入GPIO引脚的状态，并根据I2C协议的时序要求进行相应的操作，实现数据的传输和通信。软件I2C的灵活性较高，可以根据应用需求进行定制和扩展。它可以处理多个从机设备，并支持多主机环境。因此，软件I2C广泛应用于资源受限的MCU系统，特别是那些需要与多个外部设备进行通信的应用。

  尽管软件I2C的性能相对于硬件I2C较低，但在一些低速通信和简单通信需求的场景下，软件I2C是一种经济实用的解决方案。

7.2 硬件I2C

  硬件I2C是指通过专门的硬件模块来处理I2C通信协议。大多数现代微控制器和一些外部设备已经集成了硬件I2C模块，这些硬件模块负责处理I2C通信的细节，包括生成正确的时序信号、自动处理信号冲突、数据传输和错误检测等。可以直接使用硬件引脚连接，无需编写时序的代码。

  使用硬件I2C通常相对简单，开发者无需编写复杂的代码来处理通信协议的细节。硬件模块可以直接与外部设备连接，通过专用的引脚进行数据和时钟传输，从而实现高效且可靠的通信。

  在选择软件I2C还是硬件I2C时，需要考虑应用需求和硬件资源。软件I2C适用于资源受限的系统，可以在任何支持GPIO的微控制器上实现，但相对性能较低。硬件I2C通常性能更好，但需要硬件支持，并且可能占据一些特定的引脚资源。

8 IIC优缺点

8.1 优点

双向传输： I2C总线支持双向传输，可以通过SDA线同时传输主设备和从设备之间的数据，节约了总线的资源。

系统集成： I2C总线可以快速集成到芯片中，减少系统实现的逻辑复杂性，提高了设计效率。

多设备共享： I2C总线可以通过地址传输实现多个设备与主控器的通信，使得多个设备可以共享总线，并直接交互。

高可靠性： I2C总线使用逻辑层次的代替电气信号来表示数据传输，具有更高的传输可靠性。

---

8.2 缺点

带宽不高： I2C总线的传输速度限制在400 kbps，相比较于SPI总线和CAN总线，带宽相对较低。

时序要求严格： I2C总线传输数据需要严格遵循时序要求，特别是在高速传输过程，时序容易受到干扰，造成通信失败。

最长电缆长度有限： 虽然I2C总线可以通过中继器扩展总线长度，但是由于信号线受到干扰，信号衰减和时序要求等问题，电缆最长长度一般限制在1~2米之间。

总之，I2C总线具有双向传输、系统集成、多设备共享等优点，但传输速度相对较低，时序要求严格且最长电缆长度有限等缺点。

9 I2C应用

I2C总线是应用最广泛的通信接口之一，以下是几个常见的应用例子：

1. 温度计传感器：常见的温度计传感器，如SHT31、LM75等，都采用I2C接口，其通过I2C总线将温度数据传输到主控器进行处理。
2. LED驱动器：LED驱动器，如PCA9685，常用于控制LED灯的亮度和颜色，其通过I2C总线和主控器通信，可实现快速和精确定时。
3. OLED显示屏：OLED显示屏通过I2C总线与主控器通信，可实现高清晰度的图形显示，应用于像表盘、智能手表、电子血压计等低功耗设备之中。
4. 触摸屏控制器：常见的15寸及以下触摸屏控制器，如STMPE610，都采用I2C接口，这些控制器可提供触摸检测和X/Y坐标的读取等功能。
5. 电流电压采集：电流或电压采集芯片，如INA219，可通过I2C总线和主控器通信，实现精确高速的电流电压数据采集，应用于电源管理和工业自动化等领域。

上述只是常见的应用例子之一，I2C总线在许多领域都有广泛的应用，具有性价比高、易于移植等优点。

10 I2C实验介绍

以SHT20温湿度传感器作为实验案例。通过软件I2C的方式与其进行通信，获取周围环境的温度与湿度状况。

10.1 模块来源

采购链接：SHT20温湿度传感器模块/数字型温湿度测量模块 I2C通讯小体积模块

资料下载链接：

https://pan.baidu.com/s/1HrQkwECvGgQSHvt_RNdLdA

10.2 SHT20介绍

SHT20是一种数字式温湿度传感器，它采用电容式测量技术，具有高准确度和稳定性，并采用标准的I2C数字接口进行通信。SHT20的测量范围涵盖了温度-40到+125°C和相对湿度0到100%RH。它广泛应用于空气质量监测、气象监测、恒温恒湿控制、食品贮藏等领域。

SHT20温湿度传感器的相关参数，见下图：

10.3. 规格参数

---

工作电压： 2.1~3.6V

工作电流： 0.1~1000uA

温度精度： ±0.3℃

温度范围： -40~125℃

湿度范围： 0~100 %RH

湿度精度： ±3%RH

输出方式: IIC

管脚数量： 4 Pin

---

10.4 实验硬件连接

SHT20	开发板
SCL	PA0
SDA	PA1
GND	GND
VCC	3V3

11 I2C的配置

11.1 开启配置工具

在CCS中新建一个空白工程 empty。

在CCS的左侧工作区中找到并打开empty.syscfg文件。

11.2 引脚参数的配置

因为引脚的配置有在点亮LED灯章节进行说明，这里就直接将相关参数的配置贴出。

1. 点击 ADD 添加GPIO组的配置

1. 配置I2C组的引脚参数

11.3 其他模块的配置

该案例是使用I2C协议通过SHT20温湿度传感器模块采集周围的温湿度情况，但是在没有屏幕显示的情况下，我们只能通过串口将温湿度的数据发送给上位机（电脑）显示。所以我们还需要配置串口。

串口的配置如下：

未显示的部分为默认选项

将以上在.syscfg文件中的配置保存。

可以通过快捷键 Ctrl+S 进行快速保存

11.3 I2C协议的使用

我们在工程文件夹下新建一个文件夹:Hardware。

在Hardware文件夹下再新建两个文件，分别是 bsp_sht20.c 和 bsp_sht20.h。

更新头文件路径，新增我们保存bsp_sht20.c和.h的文件夹路径。

${PROJECT_ROOT}/Hardware 路径说明

${PROJECT_ROOT}表示的是当前的工程路径。

/Hardware表示的是在当前工程路径下的Hardware文件夹。

在使用软件实现I2C通信时，需要选择合适的引脚来作为数据线（SDA）和时钟线（SCL）。通常情况下，可以选择任何可编程的通用输入输出（GPIO）引脚作为软件I2C的引脚。对于软件I2C，需要至少两个引脚用于数据线（SDA）和时钟线（SCL），并确保这些引脚能够满足I2C通信协议的时序要求。以下是一般的引脚说明：

1. 数据线（SDA）：用于传输数据的引脚。在软件I2C中，需要将该引脚设置为输出模式（用于主设备发送数据）与输入模式（用于主设备接收数据）。在通信期间，需要通过控制数据线的电平变化来实现数据的传输。
2. 时钟线（SCL）：用于控制数据传输的时钟信号的引脚。在软件I2C中，需要将该引脚设置为输出模式，通过控制时钟线的电平变化来生成时钟脉冲，以控制数据线的传输。 需要注意的是，选取合适的引脚时要考虑以下几个方面：

• 支持输入/输出配置：引脚需要支持在软件中配置为输入或输出模式，并能够通过程序动态地进行切换。
• 硬件限制和冲突：确保选取的引脚没有被分配给其他硬件功能或外设，以避免冲突。
• 电气特性：引脚的电气特性应满足I2C总线的标准要求，例如正确的电平和驱动能力。

需要注意的是，软件I2C的实现需要更多的程序代码和计算，相对于硬件I2C，软件I2C在处理器效能和时序控制方面更加敏感。因此，在选择引脚时，还需要考虑处理器的性能和可编程性能。 为了保证代码的可维护性和可移植性，这里将相关的功能进行的宏定义。

SDA引脚和SCL引脚的宏定义如下：

bsp_sht20.h文件

#ifndef __BSP_SHT20_H__
#define __BSP_SHT20_H__

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include "stdio.h"

//设置SDA输出模式
#define SDA_OUT()   {                                                \
                        DL_GPIO_initDigitalOutput(I2C_SDA_IOMUX);    \
                        DL_GPIO_setPins(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN);      \
                        DL_GPIO_enableOutput(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN); \
                    }
//设置SDA输入模式
#define SDA_IN()    { DL_GPIO_initDigitalInput(I2C_SDA_IOMUX); }
//获取SDA引脚的电平变化
#define SDA_GET()   ( ( ( DL_GPIO_readPins(I2C_PORT,I2C_SDA_PIN) & I2C_SDA_PIN ) > 0 ) ? 1 : 0 )
//SDA与SCL输出
#define SDA(x)      ( (x) ? (DL_GPIO_setPins(I2C_PORT,I2C_SDA_PIN)) : (DL_GPIO_clearPins(I2C_PORT,I2C_SDA_PIN)) )
#define SCL(x)      ( (x) ? (DL_GPIO_setPins(I2C_PORT,I2C_SCL_PIN)) : (DL_GPIO_clearPins(I2C_PORT,I2C_SCL_PIN)) )


float SHT20_Read(unsigned char regaddr);

#endif

接下来就是配置I2C的时序部分，关于I2C的时序介绍，已在章节【I2C数据传输】进行说明，这里不再进行叙述。

在bsp_sht20.c文件中补充以下代码:

#include "bsp_sht20.h"

//实现us级延时
#define delay_us(X)     delay_cycles( (CPUCLK_FREQ/1000000) * (X) )

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Start
 * 函 数 说 明：IIC起始信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
  SDA_OUT();

  SCL(0);
  SDA(1);
  SCL(1);

  delay_us(5);

  SDA(0);
  delay_us(5);
  SCL(0);
  delay_us(5);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Stop
 * 函 数 说 明：IIC停止信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
  SDA_OUT();

  SCL(0);
  SDA(0);

  SCL(1);
  delay_us(5);
  SDA(1);
  delay_us(5);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
 * 函 数 说 明：主机发送应答
 * 函 数 形 参：0应答  1非应答
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(uint8_t ack)
{
  SDA_OUT();
  SCL(0);
  SDA(0);
  delay_us(5);
  if(!ack) SDA(0);
  else         SDA(1);
  SCL(1);
  delay_us(5);
  SCL(0);
  SDA(1);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Wait_Ack
 * 函 数 说 明：等待从机应答
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：1=无应答   0=有应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{
  char ack = 0;
  unsigned char ack_flag = 10;
  SDA_IN();
  SDA(1);
  delay_us(5);
  SCL(1);
  delay_us(5);
  while( (SDA_GET()==1) && ( ack_flag ) )
  {
    ack_flag--;
    delay_us(5);
  }

  if( ack_flag <= 0 )
  {
    IIC_Stop();
    return 1;
  }
  else
  {
    SCL(0);
    SDA_OUT();
  }
  return ack;
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Write
 * 函 数 说 明：IIC写一个字节
 * 函 数 形 参：dat写入的数据
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Write(uint8_t data)
{
  int i = 0;
  SDA_OUT();
  SCL(0);//拉低时钟开始数据传输

  for( i = 0; i < 8; i++ )
  {
    SDA( (data & 0x80) >> 7 );
    delay_us(2);
    data<<=1;
    delay_us(6);
    SCL(1);
    delay_us(4);
    SCL(0);
    delay_us(4);
  }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Read
 * 函 数 说 明：IIC读1个字节
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读出的1个字节数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
uint8_t IIC_Read(void)
{
  unsigned char i,receive=0;
  SDA_IN();//SDA设置为输入
  for(i=0;i<8;i++ )
  {
    SCL(0);
    delay_us(5);
    SCL(1);
    delay_us(5);
    receive<<=1;
    if( SDA_GET() )
    {
        receive|=1;
    }
    delay_us(5);
  }
  return receive;
}

11.4 SHT20的开发

我们要实现的是通过案例SHT20温湿度传感器读取周围环境的温湿度情况。要进行I2C通信，需要知道其器件地址。并且了解如何与其进行通信。

SHT20温湿度传感器的I2C地址为0x80。I2C地址是一个用于在总线上识别设备的7位地址。对于SHT20传感器，其地址的最高7位已经预设为固定值0b1000_000（0b代表二进制）。最低一位用于标识读操作或写操作，读操作为1，写操作为0。因此，SHT20的I2C地址在写操作时可以表示为0b1000_0000（0x80），读操作时表示为0b1000_0001（0x81）。

测量命令

SHT20有两种测量模式可以选择，分别是主机模式与非主机模式。在主机模式下，在测量的过程中，SCL线被封锁（由传感器进行控制），我们作为主机无法操控I2C总线；在非主机模式下，当传感器在执行测量任务时，SCL线仍然保持开放状态，可进行其他通讯。非主机模式允许传感器进行测量时在总线上处理其他I2C总线通讯任务。

而在两种模式下，触发测量的命令也不相同，例如在主机模式下测量温度命令为0b1110_0011，即0xe3；在非主机模式下测量温度命令为0b1111_0011，即0xf3。

本案例使用的是非主机模式，故后续的测量温度和湿度命令为0b1111_0011（0xf3）和0b1111_0101（0xf5）。

通信案例

在SHT20的数据手册中，有相关使用流程，因为本案例是使用非主机模式，故只说明非主机模式下的使用流程，关于主机模式的使用流程，可以查阅SHT20的数据手册。

在非主机模式下，MCU需要对传感器状态进行查询。此过程通过发送一个I2C起始信号，告诉总线开始通信。然后发送器件地址+写操作（0x80,对应图2-3-3中的bit1~bit8），等待传感器应答。如果传感器没有应答，请注意设备的实物连线情况是否正确。待传感器应答之后发送对应的命令（对应图2-3-3中的bit10~bit17），具体命令见 【图 命令集说明】 。

之后紧接着是如下图（非主机模式通信流程）所示的IC首字节(0b1000_0001)来完成。如果内部处理工作完成，单片机查询到传感器发出的确认信号后，相关数据就可以通过MCU进行读取。如果测量处理工作没有完成，传感器无确认位(ACK)输出，此时必须重新发送启动传输时序。

无论哪种传输模式，由于测量的最大分辨率为14位，第二个字节SDA上的后两位LSBs( bit43和44)用来传输相关的状态信息。两个LSBs 中的bit1表明测量的类型('0'：温度;‘1'：湿度)。bit0位当前没有赋值即无意义。

读取温湿度配置

根据数据手册中的通信案例，我们可以验证实现读取温湿度功能。我们以读取非主机模式的温度为例。

1. 根据【图 非主机模式通信流程】所示，在开始通信之前，我们需要发送起始信号S和器件地址+写（图中的bit1~bit8）,发送完成之后，等待从机应答。

IIC_Start();//发送起始信号
IIC_Send_Byte(0X80);//发送器件地址加写
//如果返回非应答，则串口提示失败-1
if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) printf("receive fail -1\r\n");

2. 发送对应的命令（对应【图 非主机模式通信流程】中的bit10~bit17），具体命令见【图 命令集说明】，本案例发送的是测量温度命令，对应代码中的0xf3。发送完成后，等待从机应答，确定发送成功。

IIC_Send_Byte(0Xf3);//发送非主机模式读取温度命令
//如果返回非应答，则串口提示失败-2
if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
{
    printf("receive fail -2\r\n");
}

3. 重新发送起始信号与器件地址加读0X81(对应图中的bit19~bit26)，告诉传感器要开始读取温度数据。传感器接收到后，就开始采集工作。如果传感器内部处理工作完成，单片机查询到传感器发出的确认信号ACK（bit27）后，相关数据就可以通过MCU进行读取。如果测量处理工作没有完成，传感器输出非应答位NACK（bit27），此时必须重新发送启动传输时序。

//发送起始信号与器件地址+读
do
{
    delay_us(10);//等待传感器采集
    IIC_Start(); //起始信号
    IIC_Send_Byte(0X81);//器件地址+读
} //如果返回非应答信号，则重复发送起始信号和器件地址+读
while( IIC_Wait_Ack() == 1 ); //等待应答

4. 接收传感器输出的数据高8位和低8位。代码中的变量data_msb、data_lsb和check分别代表数据高8位、数据低8位、校验数据。

data_msb = IIC_Read_Byte();//读取第一个字节
IIC_Send_Ack();            //发送应答
data_lsb = IIC_Read_Byte();//读取第二个字节
IIC_Send_Ack();            //发送应答
check = IIC_Read_Byte();   //读取第三个字节
IIC_Send_Nack();           //发送非应答
IIC_Stop();                //发送停止信号

5. 将接收到的数据进行整合为16位数据，并且根据数据手册的要求，将最后两位的状态位清零。即低8位的最后两位状态位清零。Dat为16位的变量。

//数据整合
dat = data_msb<<8;   //整合高8位
dat = dat | data_lsb;//整合低8位
dat &= ~(0x03);      //将最后两位状态位清除

6. 数据换算。根据数据手册换算出实际的温度数据。

相对湿度的转换公式为：

温度的转换公式为：

其中的 S(T)和S(RH )表示的是传感器输出的高低位整合后的16位数据。

//数据换算
//temp为浮点型变量，2的16次方为65536
temp = ( dat / 65536.0 ) * 175.72 - 46.85;

将以上步骤的代码进行整合封装，并添加获取湿度部分，得到以下函数。

在bsp_sht20.c文件中补充以下代码:

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：SHT20_Read
 * 函 数 说 明：测量温湿度
 * 函 数 形 参：regaddr寄存器地址 regaddr=0xf3测量温度 =0xf5测量湿度
 * 函 数 返 回：regaddr=0xf3时返回温度，regaddr=0xf5时返回湿度
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
float SHT20_Read(uint8_t regaddr)
{
    unsigned char data_H = 0;
    unsigned char data_L = 0;
    float temp = 0;
    IIC_Start();
    IIC_Write(0x80|0);
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) printf("error -1\r\n");
    IIC_Write(regaddr);
    if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) printf("error -2\r\n");

    do{
    delay_us(10);
    IIC_Start();
    IIC_Write(0x80|1);

    }while( IIC_Wait_Ack() == 1 );

    delay_us(20);

    data_H = IIC_Read();
    IIC_Send_Ack(0);
    data_L = IIC_Read();
    IIC_Send_Ack(1);
    IIC_Stop();

    if( regaddr == 0xf3 )
    {
        temp = ((data_H<<8)|data_L) / 65536.0 * 175.72 - 46.85;
    }
    if( regaddr == 0xf5 )
    {
        temp = ((data_H<<8)|data_L) / 65536.0 * 125.0 - 6;
    }
   return temp;

}

12 I2C读取温湿度传感器实验

在empty.c（要main函数的文件）中编写如下代码：

#include "ti_msp_dl_config.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_sht20.h"

#define T_ADDR     0xf3   // 温度
#define PH_ADDR    0xf5   // 湿度

//串口发送字符串
void uart0_send_string(char* str)
{
    //当前字符串地址不在结尾 并且 字符串首地址不为空
    while(*str!=0&&str!=0)
    {
         //当串口0忙的时候等待，不忙的时候再发送传进来的字符
        while( DL_UART_isBusy(UART_0_INST) == true );
        //发送字符串首地址中的字符，并且在发送完成之后首地址自增
        DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST, *str++);
    }
}

int main(void)
{
    char output_buff[100]={0};
    float TEMP, PH;
    //开发板初始化
    SYSCFG_DL_init();

    uart0_send_string("SHT20 Start!!\r\n");
    while(1)
    {
        TEMP = SHT20_Read(T_ADDR);  //获取温度数据
        PH   = SHT20_Read(PH_ADDR); //获取湿度数据

        //格式化字符串
        sprintf(output_buff, "温度 = %.2f ℃, 湿度 = %.0f %%RH\r\n", TEMP, PH);
        //向串口发送温湿度数据的情况
        uart0_send_string(output_buff);

        delay_cycles(CPUCLK_FREQ);//延时
    }
}

实验结果：

说明

因为在串口中涉及到了中文，所以如果在串口调试助手上显示的是乱码，那么请修改串口调试助手的接收编码格式为UTF-8，或者换一个串口调试助手。