第11周实验2--基于IIC和SPI协议的温湿度采集与OLED显示

最新推荐文章于 2025-04-18 11:49:37 发布
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文章标签： 单片机 stm32 嵌入式硬件
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第11周实验2

文章目录

前言

  1. 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。
  2. 理解OLED屏显和汉字点阵编码原理

一、AHT20温湿度采集

1、什么是“软件I2C”和“硬件I2C”？

1）硬件I2C

①硬件I2C

直接利用 STM32 芯片中的硬件 I2C 外设。
硬件I2C的使用:
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。

2）软件I2C

②软件I2C

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。
软件I2C的使用:
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。

3）区别

③两者的差别

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。

2、实现AHT20采集程序

1）设置cubeMX

1.创建项目
在这里插入图片描述
2.配置RCC
在这里插入图片描述
3.设置SYS
在这里插入图片描述
4.设置USART
在这里插入图片描述
5.设置I2C
在这里插入图片描述
6.设置NVIC
在这里插入图片描述
7.RCC时钟
在这里插入图片描述
8.创建工程
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2）设置keil

1.新建一个文件夹（文件夹名不能有空格），创建两个空文本文件。
分别命名为AHT20-21_DEMO_V1_3.c，AHT20-21_DEMO_V1_3.h。
2.添加这两个文本文件。
在这里插入图片描述
3.复制文件路径

在这里插入图片描述
4.导入
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3）添加代码

1.修改AHT20-21_DEMO_V1_3.h
代码如下：

#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

2.修改AHT20-21_DEMO_V1_3.c
代码如下：

/*******************************************/
/*@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
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