【STM32】温湿度采集与OLED显示

一、要求

学习I2C总线通信协议，使用STM32F103完成基于I2C协议的AHT20温湿度传感器的数据采集，并将采集的温度-湿度值通过串口输出。具体任务：

• 解释什么是“软件I2C”和“硬件I2C”？ （阅读野火配套教材的第23章“I2C–读写EEPROM”原理章节）

• 阅读AHT20数据手册，编程实现：每隔2秒钟采集一次温湿度数据，显示到OLED上，同时通过串口发送到上位机的“串口助手”软件。

二、介绍

（一）I2C总线通信协议

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。

1、软件I2C

软件I2C，又称为模拟I2C，是指通过通用输入输出（GPIO）引脚，由软件程序模拟I2C协议的时序来实现的I2C通信。在软件I2C中，开发者需要编写程序来控制GPIO引脚的电平，以产生SCL（时钟线）和SDA（数据线）所需的信号。这意味着软件必须精确地控制时序，模拟起始位、停止位、确认位和数据传输。软件I2C的优点是灵活性高，可以在没有硬件I2C支持的微控制器上实现I2C通信，但缺点是速度较慢，且会占用较多的CPU资源。

2、硬件I2C

硬件I2C是指微控制器（MCU）内置的I2C接口。这种接口通过硬件电路实现I2C协议的所有功能，包括起始位、停止位、数据传输和时钟信号。使用硬件I2C时，软件只需通过内置的寄存器配置I2C模块，并读写数据，而无需手动控制I2C协议的每一个细节。硬件I2C的优点是速度快，可以减少CPU的负担，允许CPU处理其他任务。

（二）AHT20

链接: https://pan.baidu.com/s/1GFAfxjL5Wwi_I0fO2mlW5w?pwd=9sga
提取码: 9sga
AHT20是一款由奥松公司生产的I2C接口的MEMS温湿度传感器。这款传感器的主要特点包括体积小、精度高、成本低等。AHT20的ADC位数为20Bit，相较于AHT10，体积更小，从5x4x1.6mm缩小到3x3x1.0mm。在相对湿度方面，其精度为±2%，温度精度为±0.3°C。相对湿度测量范围为0-100%，温度测量范围为-40~85°C。

三、实验

（一）STM32CubeMX创建工程

配置RCC

配置SYS

配置I2C1
用于连接AHT20温湿度传感器

配置I2C2
用于连接OLED显示屏

配置USART1

配置时钟树

（二）代码

新建AHT20-21_DEMO_V1_3.c

//#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