一、I2C总线通信协议的介绍

1.I2C简介

I2C 是很常见的一种总线协议， I2C 是 NXP 公司设计的， I2C 使用两条线在主控制器和从机之间进行数据通信。一条是 SCL(串行时钟线)，另外一条是 SDA(串行数据线)，若不接上拉电阻，这两个引脚为悬空状态，由于悬空状态引脚的电平是无法确定的，所以这两条数据线需要接上拉电阻，一般是4.7K,总线空闲的时候SCL 和 SDA都处于高电平。
I2C 总线标准模式下速度可以达到 100Kb/S，快速模式下可以达到 400Kb/S。 I2C 总线工作是按照一定的协议来运行的，I2C 是支持多从机的，也就是一个 I2C 控制器下可以挂多个 I2C 从设备，这些不同的 I2C从设备有不同的器件地址，这样 I2C 主控制器就可以通过 I2C 设备的器件地址访问指定的 I2C设备了，一个 I2C 总线连接多个 I2C 设备。

2.I2C总线时序图

3.五种速率

I2C协议可以工作在以下5种速率模式下，不同的器件可能支持不同的速率。
标准模式(Standard)：100kbps
快速模式(Fast)：400kbps
快速模式+(Fast-Plus)：1Mbps
高速模式(High-speed)：3.4Mbps
超快模式(Ultra-Fast)：5Mbps（单向传输）

4.四种信号

I2C协议最基础的几种信号：起始、停止、应答和非应答信号。
起始信号
I2C协议规定，SCL处于高电平时，SDA由高到低变化，这种信号是起始信号。
停止信号
I2C协议规定，SCL处于高电平，SDA由低到高变化，这种信号是停止信号。

5.I2C的优缺点

优点：仅使用两根信号线，支持多个主设备和多个从设备，ACK / NACK位用于确认每个帧都已成功传输，硬件没有UART复杂。
缺点：数据传输速率比SPI慢，数据帧的大小限制为8位，硬件设计比SPI复杂。

6.软件IIC和硬件IIC

IIC分为软件IIC和硬件IIC

软件IIC：
软件IIC通信指的是用单片机的两个I/O端口模拟出来的IIC，用软件控制管脚状态以模拟I2C通信波形，软件模拟寄存器的工作方式。

工作方式：直接使用 CPU 内核按照 I2C 协议的要求控制 GPIO 输出高低电平，从而模拟I2C。

使用：需要在控制产生 I2C 的起始信号时，控制作为SCL 线的 GPIO 引脚输出高电平，然后控制作为 SDA 线的 GPIO 引脚在此期间完成由高电平至低电平的切换，最后再控制SCL线切换为低电平，这样就输出了一个标准的 I2C 起始信号。

硬件IIC：
一块硬件电路，硬件I2C对应芯片上的I2C外设，有相应I2C驱动电路，其所使用的I2C管脚也是专用的，硬件（固件）I2C是直接调用内部寄存器进行配置。

工作方式：直接利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设。

使用：只要配置好对应的寄存器，外设就会产生标准串口协议的时序。在初始化好 I2C 外设后，只需要把某寄存器位置 1，此时外设就会控制对应的 SCL 及 SDA 线自动产生 I2C 起始信号，不需要内核直接控制引脚的电平。

两者区别：
硬件I2C的效率要远高于软件的，而软件I2C由于不受管脚限制，接口比较灵活。

二、创建工程

1.实验目的

每隔2秒钟采集一次温湿度数据，并通过串口发送到上位机。

2.工具的选择

温湿度传感器AHT20
串口调试助手
STM32最小核心板
杜邦线若干

3.相关代码分析

根据其他公司提供的示例代码进行修改与代码添加。（如正点原子或者野火）

在官网自行对照阅读进行查看相关AHT20资料

AHT20芯片的使用过程read_AHT20_once函数：

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();//开始测试AHT20芯片delay_ms(80);read_AHT20();//读取AHT20采集的到的数据delay_ms(5);
}

AHT20芯片读取数据 read_AHT20函数：

void read_AHT20(void)
{uint8_t   i;for(i=0; i<6; i++){readByte[i]=0;}I2C_Start();//I2C启动I2C_WriteByte(0x71);//I2C写数据ack_status = Receive_ACK();//收到的应答信息readByte[0]= I2C_ReadByte();//I2C读取数据Send_ACK();//发送应答信息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停止函数//判断读取到的第一个字节是不是0x08，0x08是该芯片读取流程中规定的，如果读取过程没有问题，就对读到的数据进行相应的处理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("读取失败！！！");}printf("\r\n");//根据AHT20芯片中，温度和湿度的计算公式，得到最终的结果，通过串口显示printf("温度:%d%d.%d",T1/100,(T1/10)%10,T1%10);printf("湿度:%d%d.%d",H1/100,(H1/10)%10,H1%10);printf("\r\n");
}

编译成功及核心代码展示
完整代码在温湿度传感器的数据采集分支下

三、线路的连接

分析代码可知，关于温度传感器的解法如图所示

SCL–>PB6
SDA–>PB7

四、结果实现

打开串口调试助手，将手放在温度器上，可以看到温度和湿度都发生了变化，则实验成功。

基于I2C协议进行温湿度传感器的数据采集

五、总结

在本次的实践过程中，我发现了许多问题，如温度传感器发送回的数据不显示，温度一致在测量，无测量值等问题，在排除接线故障以及代码错误的问题后，发现基础工程文件中的代码数据没有完全匹配，在进行修改后，顺利进行。
注意：在对温度传感器进行串接时，一定要仔细核对引脚的解法，否则可能引起一些严重的后果！！
为完成本次实践的操作，查询了大量资料以及I2C协议，在动手实践的的过程中受益匪浅，也希望可以帮助到看到这篇文章的你！

参考文献

I2C总线协议简介
I2C通信协议详解
IIC原理超详细讲解—值得一看
I2C协议靠这16张图彻底搞懂（超详细）
AHT20芯片的相关信息

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