基于I2C协议利用STM32进行温湿度传感器的数据采集

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()