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通过STM32Cube配置完成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集
前言
- 硬件：stm32f103c8t6 核心板
- 软件：STM32CubeMX 6.4.0
- 软件：keil5 mdk
- 软件：野火串口调试助手
一、I2C协议
1、应用
I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地
使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。2、组成
最基本的是把它分为物理层和协议层。
物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。
协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。- I2C 通讯设备之间的常用连接方式
- 物理层
I2C是一个支持设备的总线。可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。对于I2C 总线，只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线(SCL)。
- 协议层
I2C 的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。- STM32的I2C架构：
- 通讯的起止：
当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。
- 数据的有效性
SDA 数据线在 SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候 SDA表示的数据有效，即此时的 SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当 SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候 SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。
- 响应
I2C 的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。
3、软件I2C和硬件I2C
3.1软件I2C
通过CPU 控制每个时刻的引脚状态来控制 GPIO 引脚电平产生通讯时序的方式称为软件I2C。
3.2硬件I2C
STM32 的 I2C 片上外设专门负责实现 I2C 通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种通过外设进行数据收发的方式称为硬件I2C。
- 差别硬件 I2C 直接使用外设来控制引脚，可以减轻 CPU 的负担。不过使用硬件I2C 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟 I2C 则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。对于硬件I2C用法比较复杂，软件I2C的流程更清楚一些。如果要详细了解I2C的协议，使用软件I2C可能更好的理解这个过程。在使用I2C过程，硬件I2C可能通信更加快，更加稳定。
二、通过硬件I2C协议采集AHT20的数据
1、配置项目
默认你已经创建了一个新项目
- 时钟RCC配置，将HSE选为外部晶振模式
- SYS设置，选择Serial Wire模式。
- 设置USART
- 设置允许中断
- I2C设置
- 设置DMA模式
- RCC时钟
设置工程路径、工程名,最后导出文件。使用keil打开并进行编写。
2、配置代码
- 新建一个文件夹，里面放置两个文件：
AHT20-21_DEMO_V1_3.c和AHT20-21_DEMO_V1_3.h
然后通过小方块创建一个工程文件夹,将刚刚的两个文件添加进来,后面需要进行修改.
- 导入文件路径
复制前面新建的文件夹路径
设置文件路径
将刚刚文件路径放在最后步骤2那里,然后一致点击ok返回。-
因为后面重写了prntf函数,需要勾选允许微库。
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修改AHT20-21_DEMO_V1_3.h文件
#ifndef _AHT20_DEMO_ #define _AHT20_DEMO_ #include "main.h" void Delay_N10us(uint32_t t);//延时函数 void SensorDelay_us(uint32_t t);//延时函数 void Delay_4us(void); //延时函数 void Delay_5us(void); //延时函数 void Delay_1ms(uint32_t t); void AHT20_Clock_Init(void); //延时函数 void SDA_Pin_Output_High(void) ; //将PB15配置为输出 ， 并设置为高电平， PB15作为I2C的SDA void SDA_Pin_Output_Low(void); //将P15配置为输出 并设置为低电平 void SDA_Pin_IN_FLOATING(void); //SDA配置为浮空输入 void SCL_Pin_Output_High(void); //SCL输出高电平，P14作为I2C的SCL void SCL_Pin_Output_Low(void); //SCL输出低电平 void Init_I2C_Sensor_Port(void); //初始化I2C接口,输出为高电平 void I2C_Start(void); //I2C主机发送START信号 void AHT20_WR_Byte(uint8_t Byte); //往AHT20写一个字节 uint8_t AHT20_RD_Byte(void);//从AHT20读取一个字节 uint8_t Receive_ACK(void); //看AHT20是否有回复ACK void Send_ACK(void) ; //主机回复ACK信号 void Send_NOT_ACK(void); //主机不回复ACK void Stop_I2C(void); //一条协议结束 uint8_t AHT20_Read_Status(void);//读取AHT20的状态寄存器 uint8_t AHT20_Read_Cal_Enable(void); //查询cal enable位有没有使能 void AHT20_SendAC(void); //向AHT20发送AC命令 uint8_t Calc_CRC8(uint8_t *message,uint8_t Num); void AHT20_Read_CTdata(uint32_t *ct); //没有CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据 void AHT20_Read_CTdata_crc(uint32_t *ct); //CRC校验后，读取AHT20的温度和湿度数据 void AHT20_Init(void); //初始化AHT20 void JH_Reset_REG(uint8_t addr);///重置寄存器 void AHT20_Start_Init(void);///上电初始化进入正常测量状态 #endif- 1
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- 修改AHT20-21_DEMO_V1_3.c文件
/*******************************************/ /*@版权所有：广州奥松电子有限公司 */ /*@作者：温湿度传感器事业部 */ /*@版本：V1.2 */ /*******************************************/ //#include "main.h" #include "AHT20-21_DEMO_V1_3.h" #include "gpio.h" #include "i2c.h" void Delay_N10us(uint32_t t)//延时函数 { uint32_t k; while(t--) { for (k = 0; k < 2; k++);//110 } } void SensorDelay_us(uint32_t t)//延时函数 { for(t = t-2; t>0; t--) { Delay_N10us(1); } } void Delay_4us(void) //延时函数 { Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); } void Delay_5us(void) //延时函数 { Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); Delay_N10us(1); } void Delay_1ms(uint32_t t) //延时函数 { while(t--) { SensorDelay_us(1000);//延时1ms } } //void AHT20_Clock_Init(void) //延时函数 //{ // RCC_APB2PeriphClockCmd(CC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); //} void SDA_Pin_Output_High(void) //将PB7配置为输出 ， 并设置为高电平， PB7作为I2C的SDA { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET); } void SDA_Pin_Output_Low(void) //将P7配置为输出 并设置为低电平 { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET); } void SDA_Pin_IN_FLOATING(void) //SDA配置为浮空输入 { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//浮空 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init( GPIOB,&GPIO_InitStruct); } void SCL_Pin_Output_High(void) //SCL输出高电平，P14作为I2C的SCL { HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET); } void SCL_Pin_Output_Low(void) //SCL输出低电平 { HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET); } void Init_I2C_Sensor_Port(void) //初始化I2C接口,输出为高电平 { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET); GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB,& GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET); } void I2C_Start(void) //I2C主机发送START信号 { SDA_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); } void AHT20_WR_Byte(uint8_t Byte) //往AHT20写一个字节 { uint8_t Data,N,i; Data=Byte; i = 0x80; for(N=0;N<8;N++) { SCL_Pin_Output_Low(); Delay_4us(); if(i&Data) { SDA_Pin_Output_High(); } else { SDA_Pin_Output_Low(); } SCL_Pin_Output_High(); Delay_4us(); Data <<= 1; } SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_IN_FLOATING(); SensorDelay_us(8); } uint8_t AHT20_RD_Byte(void)//从AHT20读取一个字节 { uint8_t Byte,i,a; Byte = 0; SCL_Pin_Output_Low(); SDA_Pin_IN_FLOATING(); SensorDelay_us(8); for(i=0;i<8;i++) { SCL_Pin_Output_High(); Delay_5us(); a=0; //if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_15)) a=1; if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)) a=1; Byte = (Byte<<1)|a; //SCL_Pin_Output_Low(); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET); Delay_5us(); } SDA_Pin_IN_FLOATING(); SensorDelay_us(8); return Byte; } uint8_t Receive_ACK(void) //看AHT20是否有回复ACK { uint16_t CNT; CNT = 0; SCL_Pin_Output_Low(); SDA_Pin_IN_FLOATING(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); while((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)) && CNT < 100) CNT++; if(CNT == 100) { return 0; } SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); return 1; } void Send_ACK(void) //主机回复ACK信号 { SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_IN_FLOATING(); SensorDelay_us(8); } void Send_NOT_ACK(void) //主机不回复ACK { SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); } void Stop_I2C(void) //一条协议结束 { SDA_Pin_Output_Low(); SensorDelay_us(8); SCL_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); SDA_Pin_Output_High(); SensorDelay_us(8); } uint8_t AHT20_Read_Status(void)//读取AHT20的状态寄存器 { uint8_t Byte_first; I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71); Receive_ACK(); Byte_first = AHT20_RD_Byte(); Send_NOT_ACK(); Stop_I2C(); return Byte_first; } uint8_t AHT20_Read_Cal_Enable(void) //查询cal enable位有没有使能 { uint8_t val = 0;//ret = 0, val = AHT20_Read_Status(); if((val & 0x68)==0x08) return 1; else return 0; } void AHT20_SendAC(void) //向AHT20发送AC命令 { I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xac);//0xAC采集命令 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x33); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); } //CRC校验类型：CRC8/MAXIM //多项式：X8+X5+X4+1 //Poly：0011 0001 0x31 //高位放到后面就变成 1000 1100 0x8c //C现实代码： uint8_t Calc_CRC8(uint8_t *message,uint8_t Num) { uint8_t i; uint8_t byte; uint8_t crc=0xFF; for(byte=0; byte<Num; byte++) { crc^=(message[byte]); for(i=8;i>0;--i) { if(crc&0x80) crc=(crc<<1)^0x31; else crc=(crc<<1); } } return crc; } void AHT20_Read_CTdata(uint32_t *ct) //没有CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据 { volatile uint8_t Byte_1th=0; volatile uint8_t Byte_2th=0; volatile uint8_t Byte_3th=0; volatile uint8_t Byte_4th=0; volatile uint8_t Byte_5th=0; volatile uint8_t Byte_6th=0; uint32_t RetuData = 0; uint16_t cnt = 0; AHT20_SendAC();//向AHT10发送AC命令 Delay_1ms(80);//延时80ms左右 cnt = 0; while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//直到状态bit[7]为0，表示为空闲状态，若为1，表示忙状态 { SensorDelay_us(1508); if(cnt++>=100) { break; } } I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71); Receive_ACK(); Byte_1th = AHT20_RD_Byte();//状态字，查询到状态为0x98,表示为忙状态，bit[7]为1；状态为0x1C，或者0x0C，或者0x08表示为空闲状态，bit[7]为0 Send_ACK(); Byte_2th = AHT20_RD_Byte();//湿度 Send_ACK(); Byte_3th = AHT20_RD_Byte();//湿度 Send_ACK(); Byte_4th = AHT20_RD_Byte();//湿度/温度 Send_ACK(); Byte_5th = AHT20_RD_Byte();//温度 Send_ACK(); Byte_6th = AHT20_RD_Byte();//温度 Send_NOT_ACK(); Stop_I2C(); RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_4th); RetuData =RetuData >>4; ct[0] = RetuData;//湿度 RetuData = 0; RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_6th); RetuData = RetuData&0xfffff; ct[1] =RetuData; //温度 } void AHT20_Read_CTdata_crc(uint32_t *ct) //CRC校验后，读取AHT20的温度和湿度数据 { volatile uint8_t Byte_1th=0; volatile uint8_t Byte_2th=0; volatile uint8_t Byte_3th=0; volatile uint8_t Byte_4th=0; volatile uint8_t Byte_5th=0; volatile uint8_t Byte_6th=0; volatile uint8_t Byte_7th=0; uint32_t RetuData = 0; uint16_t cnt = 0; // uint8_t CRCDATA=0; uint8_t CTDATA[6]={0};//用于CRC传递数组 AHT20_SendAC();//向AHT10发送AC命令 Delay_1ms(80);//延时80ms左右 cnt = 0; while(((AHT20_Read_Status()&0x80)==0x80))//直到状态bit[7]为0，表示为空闲状态，若为1，表示忙状态 { SensorDelay_us(1508); if(cnt++>=100) { break; } } I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71); Receive_ACK(); CTDATA[0]=Byte_1th = AHT20_RD_Byte();//状态字，查询到状态为0x98,表示为忙状态，bit[7]为1；状态为0x1C，或者0x0C，或者0x08表示为空闲状态，bit[7]为0 Send_ACK(); CTDATA[1]=Byte_2th = AHT20_RD_Byte();//湿度 Send_ACK(); CTDATA[2]=Byte_3th = AHT20_RD_Byte();//湿度 Send_ACK(); CTDATA[3]=Byte_4th = AHT20_RD_Byte();//湿度/温度 Send_ACK(); CTDATA[4]=Byte_5th = AHT20_RD_Byte();//温度 Send_ACK(); CTDATA[5]=Byte_6th = AHT20_RD_Byte();//温度 Send_ACK(); Byte_7th = AHT20_RD_Byte();//CRC数据 Send_NOT_ACK(); //注意: 最后是发送NAK Stop_I2C(); if(Calc_CRC8(CTDATA,6)==Byte_7th) { RetuData = (RetuData|Byte_2th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_3th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_4th); RetuData =RetuData >>4; ct[0] = RetuData;//湿度 RetuData = 0; RetuData = (RetuData|Byte_4th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_5th)<<8; RetuData = (RetuData|Byte_6th); RetuData = RetuData&0xfffff; ct[1] =RetuData; //温度 } else { ct[0]=0x00; ct[1]=0x00;//校验错误返回值，客户可以根据自己需要更改 }//CRC数据 } void AHT20_Init(void) //初始化AHT20 { Init_I2C_Sensor_Port(); I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xa8);//0xA8进入NOR工作模式 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(10);//延时10ms左右 I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xbe);//0xBE初始化命令，AHT20的初始化命令是0xBE, AHT10的初始化命令是0xE1 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x08);//相关寄存器bit[3]置1，为校准输出 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(10);//延时10ms左右 } void JH_Reset_REG(uint8_t addr) { uint8_t Byte_first,Byte_second,Byte_third; I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70);//原来是0x70 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(addr); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0x00); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(5);//延时5ms左右 I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x71);// Receive_ACK(); Byte_first = AHT20_RD_Byte(); Send_ACK(); Byte_second = AHT20_RD_Byte(); Send_ACK(); Byte_third = AHT20_RD_Byte(); Send_NOT_ACK(); Stop_I2C(); Delay_1ms(10);//延时10ms左右 I2C_Start(); AHT20_WR_Byte(0x70);/// Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(0xB0|addr);寄存器命令 Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(Byte_second); Receive_ACK(); AHT20_WR_Byte(Byte_third); Receive_ACK(); Stop_I2C(); Byte_second=0x00; Byte_third =0x00; } void AHT20_Start_Init(void) { JH_Reset_REG(0x1b); JH_Reset_REG(0x1c); JH_Reset_REG(0x1e); }- 1
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- 将main.c文件里main函数包括上面的头文件等信息删除,换成下面代码
#include "main.h" #include "dma.h" #include "i2c.h" #include "usart.h" #include "gpio.h" #include "AHT20-21_DEMO_V1_3.h" #include#include int fputc(int ch,FILE *f)//重新printf { HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF); while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_TC)!=SET){ } return ch; } void SystemClock_Config(void); volatile int c1,t1; uint32_t CT_data[2]={0,0}; int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_USART1_UART_Init(); MX_DMA_Init(); MX_I2C1_Init(); AHT20_Init();//放在其它之后 if((AHT20_Read_Status()&0x18)!=0x18) { AHT20_Start_Init(); //重新初始化寄存器 Delay_1ms(10); } while (1) { AHT20_Read_CTdata(CT_data); //不经过CRC校验，直接读取AHT20的温度和湿度数据 推荐每隔大于1S读一次 //AHT20_Read_CTdata_crc(CT_data); //crc校验后，读取AHT20的温度和湿度数据 c1 = CT_data[0]*100*10/1024/1024; //计算得到湿度值c1（放大了10倍） t1 = CT_data[1]*200*10/1024/1024-500;//计算得到温度值t1（放大了10倍） printf("湿度：%d%s",c1/10,"%"); printf("温度：%d%s",t1/10,"℃"); printf("\r\n"); HAL_Delay(3000); } } - 1
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编译烧录均无问题
三、效果
20221116_233110
四、总结
学习了IIC协议,清楚协议大致流程。第一次使用传感器进行实验,感觉很酷。也是第一次调用厂商的代码,并且通过STM32Cube进行配置相当方便,这样应该是以后工作的常态吧(使用厂商的代码)。
五、参考资料
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/111597278
https://blog.csdn.net/Mouer__/article/details/121514102 -
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_52215423/article/details/127887672
